О сайте Группа в контакте RSS Годограф Volksturm Импульсные металлоискатели IB металлоискатели Пинпоинтеры Другие схемы Заказать Конструкции металлоискателей Полезные ссылки

Схемы металлоискателей MD4U

Сборка, настройка, обсуждение, теория и практика построения металлоискателей.
Текущее время: Пн: 17 июн 2019 10:15

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему
 [ Сообщений: 23 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Вс: 23 дек 2018 16:50 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Всем привет!
А никто не задумывался об оптимальном размере поисковой катушки?
Ну вот хотя бы применительно к Pi, по воздуху, на стандартный пятак?
Вот существуют формулы для расчета напряженности магнитного поля на оси катушки, вот к примеру тут:

https://acdc.foxylab.com/node/61

https://vunivere.ru/work4244

Вроде как логично предположить, что размер кашушки надо выбирать так, чтобы магнитное поле было максимальным
на предполагаемой глубине поиска....
Посчитал я по предлагаемой формуле H = I*R^2 / (2*(R^2 + Z^2)^3/2)
для разного диаметра (радиуса) катушек и возможной глубине поиска, результаты:


i=4 ' ток в катушке, амперы
w=25 ' число витков катушки
TextWindow.WriteLine(" r - радиус поисковой катушки, м; z - глубина поиска, м; ")
TextWindow.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.1")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.15")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.2")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.25")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.3")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.35")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.4")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.WriteLine("z=0.45")
For r=0.075 To 0.75 Step 0.025
TextWindow.Write("r=")
TextWindow.Write(r)
TextWindow.Write(" ")
For z=0.1 To 0.45 Step 0.05
h= w*i*r*r/ (2*Math.Power((r*r+z*z), 3/2))
h= Math.Round(h)
TextWindow.Write(h)
TextWindow.Write(" ")
EndFor
TextWindow.WriteLine(" ")
EndFor

Результаты расчетов прилагаются.
Вложение:
3333333333.JPG
[img]3333333333.JPG[/img]


Получается, для глубины поиска 0,1м оптимальная катушка - диаметром 0,3м ;
для глубины поиска 0,15м - диаметром 0,45м ;
для глубины поиска 0,2 м - диаметром 0,575м ;
для глубины поиска 0,25 м - диаметром 0,7м

Что-то уж больно большое расхождения с практикой, а?


У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.


Вернуться к началу
 Профиль  
 


Вы можете отключить эти сообщения.
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Вс: 23 дек 2018 20:16 
Не в сети

Зарегистрирован: Вс: 23 май 2010 10:48
Сообщения: 2653
Так и есть, тоже не один раз уже делали такую оценку, получается где-то 0,5 диаметра, по другим оценкам - 1 диаметр.
Вероятно, тут нужно учитывать размер мишени, а точнее зависимость силы сигнала от размера отнесённого к порогу обнаружения. Т.е. например, монету обнаруживает на 50см с датчиком 20см,- а максимум будет 1 м с датчиком 2м. Т.е. глубже, чем с маленьким. Но если увеличить диаметр ещё больше, то глубина уменьшится. Если же взять по-другому, то с датчиком 20 см на глубине 10 см будет обнаруживаться самый маленький предмет в размерах - замечание: и глубже этот предмет обнаружить нельзя никаким датчиком.

_________________
Адажио... https://www.youtube.com/watch?v=N3nPvnc7OQ0


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Пн: 24 дек 2018 19:01 
Не в сети

Зарегистрирован: Сб: 21 ноя 2009 12:10
Сообщения: 2477
Откуда: Новосибирск
Вроде как логично предположить, что размер кашушки надо выбирать так, чтобы магнитное поле было максимальным
на предполагаемой глубине поиска....

Собрали совмещенную монокатушку TX,RX у которой максимум излучения и приема на полметра (1.5м в диаметре)... пытаемся обнаружить копейку на этой глубине ... и ...не находим её.., а всё потому, что магнитные линии вторичного поля от копейки уже успели замкнуться сами на себя и не добежали до приемной катухи, создав эдс от вторичного магнитного потока, пересекающего плоскость катушки RX... Поэтому, ваше преположение о прямой взаимосвязи максимума излучения/приема, размера катушки и чувствительности к целям не совсем корректно.., а вот Грунт будет самым сильным принимаемым сигналом..


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Пн: 24 дек 2018 22:37 
Не в сети
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн: 30 окт 2006 17:20
Сообщения: 2053
Откуда: Sumy,Ukraine
Практики МД-строения пользуются следующей ПРИКИДОЧНОЙ "формулой" оптимального соотношения диаметр датчика - размер мишени - глубина надёжного определения.
Оптимальное соотношение: диаметр датчика 1:1 к глубине для мишени в 0,1 диаметра датчика.
Т.е. для стандартной мишени (монета диаметром 25 мм со средним VDI - 5 коп СССР) оптимальным будет диаметр датчика 25 см для обнаружения таковой на глубине 25 см при средней для IB-приборов рабочей частоте (7-9 кГц) и в среднем грунте (отклонение около 5-7 градусов от калибровочной по ферриту).
Это прикидочно. Дальше каждый под свои условия поиска делает поправки согласно законам МД-строения (зависимость от материала и размера ожидаемых мишеней, необходимой рабочей частоты, условий грунта и т.д. и т.п.)

_________________
Количество металла в земле обратно пропорционально количеству мужиков, копающих её поверхность.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Пн: 24 дек 2018 22:53 
Не в сети

Зарегистрирован: Вс: 23 май 2010 10:48
Сообщения: 2653
8) А как же тесты фирмы АКА в "тяжёлом грунте" ? :roll:
:D

_________________
Адажио... https://www.youtube.com/watch?v=N3nPvnc7OQ0


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Вт: 25 дек 2018 9:30 
Не в сети
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн: 30 окт 2006 17:20
Сообщения: 2053
Откуда: Sumy,Ukraine
Вадим писал(а):
А как же
- так, как написано в предыдущем сообщении. Можно 2-3 раза перечитать:
DesAlex писал(а):
...ПРИКИДОЧНОЙ "формулой" ... в среднем грунте... Это прикидочно. Дальше каждый под свои условия поиска делает...

_________________
Количество металла в земле обратно пропорционально количеству мужиков, копающих её поверхность.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Ср: 02 янв 2019 19:19 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Граждане, ну я же сразу сказал, давайте рассуждать только применительно "по возхдуху", понятно, что в грунте - это отдельная песня...
Дальше поехали.
Предыдущие мои расчеты, думается, не совсем корректны, т.к. при увеличении диаметра и индуктивность становится намного больше.
Попытался пересчитать оптимальный размер поисковой катушки, так , чтобы индуктивность катушки была примерно постоянной.
Данные об индуктивности можно взять, например, здесь: https://www.lammertbies.nl/electronics/ ... ector.html

Пересчитал все, исходя из того, чтобы индуктивность катушки была всегда около 400 микрогенри:

i=4 ' ток в катушке, амперы
w=0 ' w - число витков катушки
TextWindow.WriteLine(" r - радиус поисковой катушки, м; z - глубина поиска, м; w- число витков")
TextWindow.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.1")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.15")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.2")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.25")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.3")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.35")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.4")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.WriteLine("z=0.45")

For r=0.075 To 0.75 Step 0.025
TextWindow.Write("r=")
TextWindow.Write(r)
TextWindow.Write(" ")
If r < 0.1 Then
w = 31
EndIf
If r > 0.075 And r < 0.125 Then
w = 26
EndIf
If r > 0.1 And r < 0.15 Then
w = 23
EndIf
If r > 0.125 And r < 0.175 Then
w = 20
EndIf
If r > 0.15 And r < 0.2 Then
w = 18
EndIf
If r > 0.175 And r < 0.225 Then
w = 17
EndIf
If r > 0.2 And r < 0.25 Then
w = 16
EndIf
If r > 0.225 And r < 0.275 Then
w = 15
EndIf
If r > 0.25 And r < 0.35Then
w = 14
EndIf
If r > 0.325 And r < 0.4 Then
w = 13
EndIf
If r > 0.375 And r < 0.475 Then
w = 12
EndIf
If r > 0.45 And r <0.6 Then
w = 11
EndIf
If r > 0.5 And r < 0.7 Then
w = 10
EndIf
If r > 0.6 And r < 0.8 Then
w = 9
EndIf
If r > 0.7 Then
w = 8
EndIf
TextWindow.Write("w=")
TextWindow.Write(w)
TextWindow.Write(" ")
For z=0.1 To 0.45 Step 0.05
h= w*i*r*r/ (2*Math.Power((r*r+z*z), 3/2))
h= Math.Round(h)
TextWindow.Write(h)
TextWindow.Write(" ")
EndFor
TextWindow.WriteLine(" ")
EndFor


Результаты расчетов прилагаются.
Вложение:
444444444.JPG



Теперь получается, что оптимальный радиус поисковой катушки примерно равен предполагаемой глубине поиска,
соответственно диаметр примерно равен двум глубинам, т.е.:
для глубины поиска 0,1м оптимальная катушка - диаметром 0,2м ;
для глубины поиска 0,15м - диаметром 0,3м ;
для глубины поиска 0,2 м - диаметром 0,4м ;
для глубины поиска 0,25 м - диаметром 0,5м ;
для глубины поиска 0,3 м - диаметром 0,6м ;

Все равно как-то многовато вроде ?



Попробовал посчитать немного по-другому, формулу для расчета индуктивности (плоской катушки) взял здесь

http://coil32.ru/faq.html
http://coil32.ru/calc/flat-spiral-coil.html

L=31,33*1,257E10-6*N*N*R*R/(8*R+11*W) , где
N - число витков
R - радиус катушки, м
W - ширина намотки, м

Для плотно умотанной катушки W примерно равна нулю, тогда

L= 5E10-6*N*N*R

Для катушки индуктивностью 400 микрогенри L = 5E10-6*N*N*R = 4E10-4

отсюда число витков катушки (приблизительно): N = SQRT(80/R)
Программа расчета (small Basic):

i=4 ' ток в катушке, амперы
w=0 ' w - число витков катушки
TextWindow.WriteLine(" r - радиус поисковой катушки, м; z - глубина поиска, м; w- число витков")
TextWindow.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.1")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.15")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.2")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.25")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.3")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.35")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.4")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.WriteLine("z=0.45")

For r=0.075 To 0.75 Step 0.025
TextWindow.Write("r=")
TextWindow.Write(r)
TextWindow.Write(" ")
w = Math.SquareRoot(80/r)
w = Math.Floor(w)
TextWindow.Write("w=")
TextWindow.Write(w)
TextWindow.Write(" ")
For z=0.1 To 0.45 Step 0.05
h= w*i*r*r/ (2*Math.Power((r*r+z*z), 3/2))
h= Math.Round(h)
TextWindow.Write(h)
TextWindow.Write(" ")
EndFor
TextWindow.WriteLine(" ")
EndFor

результаты расчета прилагаются, впрочем они практически те же самые, а именно - оптимальный радиус поисковой катушки примерно равен предполагаемой глубине поиска.

Вложение:
5555555.JPG


Тут может быть дело в том, что рассчитываем оптимальную катуху Tx или совмещенную ?


У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Ср: 02 янв 2019 20:27 
Не в сети

Зарегистрирован: Вс: 23 май 2010 10:48
Сообщения: 2653
Посмотрите тему "Согласование датчика", вроде, там я выкладывал рисунки по вопросу "согласования" цели с диаметром датчика. На рисунке показано, что оптимальным будет диаметр, который лежит на касательных к силовым линиям поля от цели. Если больше-меньше, то поток поля от цели через площадь датчика уменьшается.

_________________
Адажио... https://www.youtube.com/watch?v=N3nPvnc7OQ0


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Пн: 07 янв 2019 21:14 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Вот эта картинка? download/file.php?id=31410


Вложение:
pikcha_666666.JPG



Вроде как логично, но это применительно к выбору оптимального диаметра катушки Rx. До катушки RX , надеюсь, дойду попозже.
Щас же попытаюсь еще пока порассуждать о катушке Tx.

Сначала общепринятая теория.

Ток в поисковой катушке создает магнитное поле, формула для расчета напряженности мгнитного поля (на оси катушки)
я уже приводил: H = w*I*R*R / (2*(R*R + Z*Z)^3/2)

Магнитная индукция в районе "мишени" будет равна произведению магнитной постоянной на напряженность магнитного поля в данном месте:
В = 0,000001257 * H

А магнитный поток, соответственно, равен произведению магнитной индукции на площадь петлевого проводника ( в конкретном случае площадь "мищшени"):
Ф = В * q = 0.000001257 * H * q , где
0.000001257 - магнитная постоянная, Гн/м;
Ф - магнитный поток;
В - магнитная индукция;
q -площадь "мишени"
Для пятака q = 3.14159 * 0.025 * 0.025 / 4 = 0.0004909 кв.метра.

При отключении ключевого транзистора ток в катушке начинает быстро затухать.

Время этого затухания тока определяется:
1) временем закрытия транзистора - от 10 наносекунд (быстрые ПТ) до 500 наносекунд ( более медленные БТИЗ)
Для дальнейших расчетов возьму в среднем 100 наносекунд = 0,1 микросекунды = 0,0000001 сек
2) периодом собственной частоты колебательного контура,
образованного индуктивностью поисковой катушки (200...500 микрогенри) и суммарной ёмкостью -
сумма межвитковой ёмкости катушки (около 50pF), емкости кабеля ( 100pF) и емкости ключевого транзистора (50pF).
Период ( формула Томпсона) T = 2*PI*SQRT(L*C) = 2*3.14*SQRT(0,0002...0,0005 * 0,0000000002) = 1,3...2 микросекунды.
Примерно в течении четверти этого времени будет происходить заряд собственной емкости, т.е. :
T/4 = (1,3...2) / 4 = 0,3...0,5 микросекунд
3) времени спада тока в поисковой катушке, которое принято оценивать в 3*Тау , где Тау - характерное время ,
Тау = L/r , где
L - индуктивность катушки, Гн;
r - сопротивление гасящего резистора, Ом.
А сопротивление гасящего резистора определяется, в свою очередь, напряжением пробоя ключевого транзистора:
r = U_break/I , где
U_break - напряжение пробоя транзитора, В;
I - ток в катушке перед выключением ключевого транзистора, А.

Для типичных параметров - L = 200...500 микрогенри, U_break = 400...120 вольт, I = 2...4 ампера :
r = 400...1200 / 2...4 = 100...600 Ом ; Тау = 0,0002...0,0005 /100...600 = 1...2 микросекунды.

Таким образом, суммарное время затухания тока в поисковой катушке:
delta_t = 0,01...0,5 + 0,3...0,5 + 3*(1...2) = 3...7 микросекунд.

Что также подтверждается результатами моделирования отсюда: https://acdc.foxylab.com/node/61


Уменьшение (изменение) тока приводит к уменьшению магнитного потока, создаваемого поисковой катушкой.
Этот магнитный поток пронизывает расположенные в поле поисковой катушки проводящие объекты - "мишени",
а его изменение по закону электромагнитной индукции наводит в них переменную (вихревую) электродвижущую силу (ЭДС).
ЭДС в мишени будет равна (грубо, считая изменение магнитного потока линейным):

E = ( delta Ф ) / ( delta_t ) = 0.000001257 * H * q / delta_t

Эта ЭДС будет создавать в "мишени" вихревые токи.

Вихревые токи в "мишени" будут нарастать в соответствии с общеизвестной формулой роста тока в индуктивности:
i_target = E/r_target (1 - exp(-delta_t/Тау_target)) , где
r_target - эквивалентное сопротивление "мишени" ( для пятака примерно 0,01 Ом);
Тау_target = L_target / r_target - характерное время "мишени";
L_target - эквивалентная индуктивность "мишени" ( для пятака 0,00000005 Гн )

Для типичной "мишени" - пятака СССР - Тау_target=L_target/r_target= 0,00000005/0.01= 0,000005 сек = 5 микросекунд.

Подставляя все в формулу для расчета тока в "мишени":
i_target = ( delta Ф ) / ( delta_t ) / r_target (1 - exp(-delta_t/Тау_target)) ,
для пятака СССР получаем:

i_target = 0.000001257 * w*I*R*R * 0.0004909 / ((2*(R*R + Z*Z)^3/2) * ( delta_t ) * 0,01 )) * (1 - exp(-delta_t/0,000005)) =
= 0,00000003*w*I*R*R / (((R*R + Z*Z)^3/2) * ( delta_t )) * (1 - exp(-delta_t/0,000005))

А delta_t = ( 0,0000001 + 2*PI*SQRT(L*C)/4 + 3*I*L/U_break ) =
= ( 0,0000001 + PI*SQRT(L*C)/2 + 3*I*L/U_break ) =
= ( 0,0000001 + PI*SQRT(0,000005*N*N*R*0,0000000002)/2 + 3*I*0,000005*N*N*R*0,0000000002/U_break) , где
N - число витков поисковой катушки;
R - радиус поисковой катушки, м;
С = 0,0000000002 Ф - собственная ёмкость катушки + кабель + транзистор;
U_break - напряжение пробоя ключевого транзистора, Вольт.

После практически полного исчезновения тока в поисковой катушке вихревые токи в "мишени" тоже начинают затухать
по экспоненциальному закону (из-за наличия электрического сопротивления у "мишени").
Вихревые токи создают собственное затухающее по экспоненциальному закону магнитное поле, которое, в свою очередь,
наводит экспоненциально затухающее напряжение в поисковой катушке, которое и отслеживает электронный блок металлоискателя.


Все вышеизложенное отразил в программе на SmallBasic:

i=1 ' ток в катушке, А
w=20 ' w - число витков катушки
u=400 ' мах. допустимое напряжение на ключевом транзисторе, В ( 400 для IRF740, 1200 для 5N120 )
t_transitor=0.00000001 ' время закрытия транзистора, сек ( 10 наносекунд IRF740, 300 нс 5N120 )
c_transistor = 0.00000000005 ' емкость транзистора, Ф ( 50 пикофарад)
c_kabel = 0.0000000001 ' емкость кабеля, Ф ( 100 пикофарад)
c_coil = 0.00000000005 ' межвитковая емкость поисковой катушки, Ф ( 50 пикофарад )
c_sum= c_transistor + c_kabel + c_coil ' суммарная емкость катушка + кабель + транзистор
l_target=0.00000005 ' индуктивность цели ( пятак ), Гн
resistance_target=0.01 ' эквивалентное сопротивление цели (пятак) , Ом
r_target= 0.025/2 ' радиус цели ( пятак 25мм/2 ), м
tau_target=l_target/r_target ' характерное время цели, сек
q_target = 2*3.14159*r_target*r_target ' площадь цели, кв. м ( пятак )
TextWindow.WriteLine(" РАСЧЕТ ТОКА В ЦЕЛИ ( пятак СССР ) , АМПЕРЫ ")
TextWindow.WriteLine(" r - радиус катушки, м; i - ток в катушке, А; ")
TextWindow.WriteLine(" z - глубина поиска, м; w- число витков")
TextWindow.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------")
TextWindow.Write("Число витков катушки ")
TextWindow.Write("w=")
TextWindow.Write(w)
TextWindow.Write(" Ток в катушке ")
TextWindow.Write("I=")
TextWindow.WriteLine(i)
TextWindow.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.1")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.15")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.2")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.25")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.3")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.35")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.WriteLine("z=0.4")
For r=0.075 To 0.55 Step 0.025
TextWindow.Write("r=")
TextWindow.Write(r)
TextWindow.Write(" ")
For z=0.1 To 0.4 Step 0.05
r_shunt=u/i ' сопротивление гасящего резистора, Ом
l=0.000005*w*w*r ' индуктивность поисковой катушки, Гн ( упрощ. ф-ла Вилера )
tau = l/r_shunt ' характерное время поисковой катушки
period = 2*3.14159*Math.SquareRoot(l*c_sum) ' период собственных колебаний поисковой катушки, сек
delta_t = t_transitor + period/4 + 3*tau ' суммарное время спада тока в поисковой катушке, сек
h= w*i*r*r/ (2*Math.Power((r*r+z*z), 3/2)) ' напряженность магнитного поля, А/м
b= 0.000001257*h*q_target ' магнитная индукция, Тл
u_target = b/delta_t ' ЭДС, наводимая в мишени, В
i_target = u_target /resistance_target*(1 - Math.Power( 2.718282, -delta_t/tau_target)) ' ток в мишени, А
i_target = i_target * 1000
i_target = Math.Floor(i_target )
i_target = i_target / 1000
TextWindow.Write(i_target)
TextWindow.Write(" ")
EndFor
TextWindow.WriteLine(" ")
EndFor

Вот, к примеру, для тока 1 ампер и 20-ти витковой катушки:



Вложение:
1amper_opt_coil.JPG


Посчитав для разного тока и числа витков и разных транзисторов, делаю выводы:

1) Оптимальный радиус катушки Tx равен ожидаемой глубине поиска;
2) глубина поиска существенно увеличивается при увеличении тока катушки ( при малых токах существенно,
после 2...4 ампер менее эффективно
3) для катушки с определенным размером и определенным током существует свое оптимальное число витков
4) глубина поиска существенно увеличивается при использовании транзисторов с большим напряжением пробоя
5) глубина поиска практически не зависит от времени закрытия транзистора -
т.е. использовать сверхскоростные транзисторы бессмысленно.


Коснусь выбора силового транзистора.
При конструировании прибора нам важно обеспечить максимально возможный ток через катушку ( при прочих равных условиях).
При использовании полевого транзистора максимальный ток через катушку будет равен - напряжение АКБ деленное на сумму
сопротивлений катушки и сопротивления сток-исток полевого транзистора.
При использовании биполярного транзистора ток через катушку будет равен - напряжение АКБ минус падение напряжения
на p-n переходе деленное на сопротивление катушки.
При типичных параметрах - свинцовый АКБ 12,5v , сопротивление сток-исток 0,5 Ом, падении напряжения на p-n переходе для
биполярного транзистора 0,5v , падении напряжения на p-n переходе для IGBT 2,5v , сопротивлении катушки 2 Ома ,
получаем для полевого транзистора ток через катушку 12,5/(2+0,5) = 5А
для биполярного транзистора ток через катушку (12,5-0,5)/2 = 6А
для IGBT транзистора ток через катушку (12,5-2,5)/2 = 5А
при сопротивлении катушки 1 Ом:
для полевого транзистора ток через катушку 12,5/(1+0,5) = 8,3А
для биполярного транзистора ток через катушку (12,5-0,5)/1 = 12А
для IGBT транзистора ток через катушку (12,5-2,5)/1 = 10А
Рассеиваямая мощность на транзисторе в этом случае будет ( для катушки 1 Ом):
для полевого транзистора 8,3*8,3*0,5=34,4 Вт
для биполярного транзистора 0,5*12=6 Вт;
для IGBT транзистора 2,5*10=25 Вт

Вывод: для данного изделия лучше использоать биполярные транзисторы.

А теперь посмотрим, какие транзисторы нам доступны -
посмотрел каталог Чип_и_Дип - высоковольтные и с большим током биполярные транзисторы есть,
но коэффициент усиления маленький - неудобно - надо лепить дополнительные ступени усиления.
Нашел только один подходящий по всем параметрам биполярный транзистор - 2SC4111 и то цена вовсе негуманная - 440руб.

Среди БТИЗ выбор гораздо больше, цены впрочем тоже немаленькие... Время закрытия тоже большое, но это, IMHO, несущественно...

Среди ПТ тоже выбор скудный - высоковольтные транзисторы, как правило, имеют польшое сопротивление...

Итого оптимальный ключевой транзистор, IMHO, - IGBT (БТИЗ).

Конструктивная критика, опять же, только приветствуется.


У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Вт: 08 янв 2019 9:49 
Не в сети
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн: 30 окт 2006 17:20
Сообщения: 2053
Откуда: Sumy,Ukraine
Оптимальные параметры "для воздушных тестов" в своё время описал Максвелл в своём уравнении. Только нам (поисковикам, не диванным копателям) это интересно лишь условно-прикидочно. "По воздуху" легко варьировать "глубиной", меняя добротность. Можно сделать 25 см на пятак, можно 50 см на пятак одним и тем же датчиком и "в воздухе" оптимальным будет казаться и одно, и другое. Поэтому мы определяем "оптимальность" выходя в поле и прикапывая монетку... :| - перед этим - свернув листочек с вот такими длинными расчётами в самолётик и запустив его с бугра по ветру :D

_________________
Количество металла в земле обратно пропорционально количеству мужиков, копающих её поверхность.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Вт: 08 янв 2019 23:54 
Не в сети

Зарегистрирован: Вс: 23 май 2010 10:48
Сообщения: 2653
alex---1967 писал(а):
Вот эта картинка? http://md4u.ru/download/file.php?id=31410


Вложение:
pikcha_666666.JPG



Вроде как логично, но это применительно к выбору оптимального диаметра катушки Rx. До катушки RX , надеюсь, дойду попозже.
Щас же попытаюсь еще пока порассуждать о катушке Tx. ...

В приборах типа импульсника или Q-метра, или "на биениях" датчиком служит монокатушка, у которой Rx и Tx совпадают. Поэтому задача решается для одновременной оптимальности по Тх и Rx, т.е. зависимость получается квадратичная, более резкая функция. А считается обычно производная функции для нахождения экстремума, перегиба на графике. На моём рисунке как раз показана геометрическая аналогия с точкой экстремума аналитической функции - как и почему она возникает. Другие датчики, типа ДД или "кольцо" и прочие так же имеют схожую природу оптимального диаметра, но немного другое значение для него.
А вот прочие параметры не имеют отношения к геометрическому размеру датчика : ток, размер монеты ( она читается точечной ), время выключения силового ключа и пр.. Это не означает зависимости глубины ( чутья прибора ) от них, но к оценке именно геометрии датчика число витков, индуктивность и пр. перечисленное тоже не имеет отношения. Индуктивность, число витков, ток и напряжение связаны с технической реализацией, не более того. А геометрия датчика связана с физикой явления и не зависит от техники.

_________________
Адажио... https://www.youtube.com/watch?v=N3nPvnc7OQ0


Вернуться к началу
 Профиль  
 
В сети

Вы можете отключить эти сообщения.
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Ср: 09 янв 2019 9:48 
Не в сети
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн: 30 окт 2006 17:20
Сообщения: 2053
Откуда: Sumy,Ukraine
alex---1967 писал(а):
Вроде как логично, но это применительно к выбору оптимального диаметра катушки Rx.

"А ты веришь, что дышишь воздухом? Здесь, в этой программе?" (Х-ф "Матрица")

Ответьте сами себе на два вопроса (сами себе, "устно" ; в теме - лучше не надо) 8) :
1. Способна ли монета 5 коп СССР хоть по воздуху, а тем более - в грунте - на переизлучении энергии от контура ТХ металлодетектора окружить себя силовыми линиями магнитного поля на расстояние, способное достичь катушки RX, скажем, расположенной в 25 см от этой монеты?
2. Берём два датчика - концентрический и DD. В DD датчике геометрия приёмной катушки совпадает с геометрией передающей. А в концентрическом датчике - приёмная катушка размерами (диаметром) вдвое меньше передающей. Тем не менее, чувствительность что с датчиком DD, что с датчиком концентрическим примерно равного диаметра есть примерно равна, зачастую - концентрическая даже опережает на пару сантиметров датчик DD в чувствительности. Как же так? Ведь, согласно "длинным формулам, улетевшим на крыльях самолётика", чувствительность датчика обязана быть соизмеримой, как-то-пропорциональной диаметру катушки приёмной :mrgreen:

_________________
Количество металла в земле обратно пропорционально количеству мужиков, копающих её поверхность.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Ср: 09 янв 2019 23:13 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Все вышесказанное относится токмо к передающей катушке.
Про приемную катушку во второй части марлезонского балета.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Ср: 09 янв 2019 23:31 
Не в сети

Зарегистрирован: Вс: 23 май 2010 10:48
Сообщения: 2653
За многокатушечные датчики лучше пока не браться - сначала лучше рассмотреть пример монокатушки.
alex---1967 писал(а):
Все вышесказанное относится токмо к передающей катушке.

С одной стороны, Тх и Рх мало друг от друга отличаются. Вы это легко можете понять, когда нарисуете электрическую схему, как монета связана с Тх или Рх ( см. схему замещения трансформатора через Мсвязи).
С другой стороны, монете без разницы, как и что происходит в Тх,- монете важна лишь напряжённость поля. Если брать круглую катушку, то напряжённость определяется через ток и диаметр,- это два параметра : электрический ( касается технической реализации физического явления ) и физический ( или геометрический, математический), который и касается оптимального размера глубины и диаметра, при прочих равных условиях. Прочие равные тут не имеет смысла обсуждать. Так вот геометрический компонент напряжённости поля напрямую зависит от Мсвязи и одинаков как для Тх, так и для Рх ( в монокатушке, естественно). Поэтому общий коэффициент передачи тракта "приём-передача" или Тх-->монета-->Рх будет зависеть от квадрата Мсвязи и экстремум этой функции может быть немного в другой точке, чем для отдельной Тх и Рх.
Я уже писал подобные формулы, только они не имеют большого значения. А вот эта фраза весьма интересна для обсуждения отдельного :
alex---1967 писал(а):
3) для катушки с определенным размером и определенным током существует свое оптимальное число витков
.

_________________
Адажио... https://www.youtube.com/watch?v=N3nPvnc7OQ0


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Чт: 06 июн 2019 22:25 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Вадим писал(а):
А вот эта фраза весьма интересна для обсуждения отдельного :
alex---1967 писал(а):
3) для катушки с определенным размером и определенным током существует свое оптимальное число витков
.


Иногда можно прочитать, что оптимальная индуктивность поисковой катушки ( для PI ) около 300 микрогенри.
Мои расчеты показывают, что это упрощенное видение.
Точнее будет сказать, что оптимальная индуктивность будет зависеть от тока в катушке.
Так для тока 1А оптимальной будет катушка 640 мкГн,
для тока 2А оптимальной будет катушка 320 мкГн,
для тока 4А оптимальной будет катушка 160 мкГн,
для тока 8А оптимальной будет катушка 80 мкГн.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Чт: 06 июн 2019 22:30 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Решил проверить на практике некоторые эти расчеты.
МД Пират-2. Катушка из витой пары диаметром 250 мм. Ширина импульса накачки 150 мкс.
Использовал три разных транзистора :
IRF740 ( N-канальный полевой, 400v, 0,55Ом, время закрытия 24+22=46ns
K2847 (N-канальный полевой , 900V, 1,1Ом, время закрытия 20+95=115ns
40WR21 (IGBT, 1800V, 2,9V, время закрытия 150+420=570ns

Ну что сказать... С одной стороны, блестяще подтвердилась моя теория насчет того,
что глубина обнаружения не зависит от времени закрытия транзистора.

С другой стороны, зависимость от напряжения пробоя транзистора если и есть,
то очень слабая. Глубина обнаружения получилась 26...29 см на пятак СССР.

Также намотал маленькую катушку - 12 витков, диаметром 25 мм, положил внутрь поисковой катушки, осциллограммы снял:


У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Чт: 06 июн 2019 22:39 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Зависимость амплитудного напряжения от глубины получилась такая:

глубина, см 0 _ 5 _ 10 _ 15 _ 20 _ 25 _ 30 _ 35
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
транзистор
40WR21,
вольт 3 2 1,2 0,7 0,45 0,3 0,22 0,21
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
транзистор
K2847 ,
вольт 3.2 2.5 2 1.6 1.2 1.1 1 1
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
транзистор
IRF740, 5.5 4 9.8 3.5 3.4 3.2 3 3
вольт


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Чт: 06 июн 2019 22:46 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Между ключевым транзистором и землей установил шунт 0,1 Ом, снял осциллограммы падения напряжения на шунте:

ТОк примерно согласуется с теорией:
(18-0,5) / (2 + 0,55) = 6,8
(18-0,5) / (2 + 1,1) = 5,6
(18-0,5-2,9) / 2 = 7,3


У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Вс: 09 июн 2019 20:25 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Это была катушка из витой пары - в общей сложности 24 витка провода диаметром 0,5 по меди.

Уменьшил до 16 витков, после этого, как и следовало ожидать, растет ток накачки и напряжение на индикаторной катушке:


У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Вс: 09 июн 2019 20:31 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Вадим писал(а):
Посмотрите тему "Согласование датчика", вроде, там я выкладывал рисунки по вопросу "согласования" цели с диаметром датчика. На рисунке показано, что оптимальным будет диаметр, который лежит на касательных к силовым линиям поля от цели. Если больше-меньше, то поток поля от цели через площадь датчика уменьшается.


В рисунках до конца не разобрался, нарисовал свои рисунки...


Насчет приемной катушки.




Цель (монета 25 мм) моделируем одновитковой катушкой такого же диаметра.
Оптимальной будет приемная катушка, когда проеция вектора магнитной индукции на ось кашушки равна нулю.
Это будет, когда проекции векторов от левой и правой частей катушки ( см. рисунок) будут равны и противоположно направлены.


У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Вс: 09 июн 2019 20:40 
Не в сети

Зарегистрирован: Вт: 10 фев 2015 19:38
Сообщения: 25
Решаю по представленным на рисунке формулам методом перебора на ЭВМ:


i_target=1 ' ток в "мишени", А
r_target= 0.025/2 ' радиус цели ( пятак 25мм/2 ), м
r = 0.05
z = 0.05
mu_null = 0.000001257 ' магнитная постоянная
betta = 0
d_betta = 360/3600
TextWindow.WriteLine(" РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ")
TextWindow.WriteLine(" r - радиус катушки, м; i - ток в мишени, А; ")
TextWindow.WriteLine(" z - глубина поиска, м; ")
TextWindow.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------")
TextWindow.Write(" Ток в мишени ")
TextWindow.Write("I=")
TextWindow.WriteLine(i_target)
TextWindow.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.1")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.15")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.2")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.25")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.3")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.Write("z=0.35")
TextWindow.Write(" ")
TextWindow.WriteLine("z=0.4")
For r=0.075 To 0.55 Step 0.025
TextWindow.Write("r=")
TextWindow.Write(r)
TextWindow.Write(" ")
For z=0.1 To 0.4 Step 0.05
h=0
For betta=0 To 360 Step 0.1
h_point= mu_null*i_target*r*z/720*d_betta/ Math.Power(((r*Math.Sin(betta))*(r*Math.Sin(betta))+(r-r_target*Math.Cos(betta))*(r-r_target*Math.Cos(betta))+z*z ) , 3/2) ' напряженность магнитного поля, А/м
h=h+h_point
EndFor
h=h*100000000
h=Math.Floor(h)

TextWindow.Write(h)
TextWindow.Write(" ")
EndFor
TextWindow.WriteLine(" ")
EndFor



В результате расчетов получаем, что оптимальный радиус приемной катушки равен 0,6...0,7 глубины поиска или, соответственно ,
оптимальный диаметр приемной катушки равен 1,2...1,4 от предполагаемой глубины поиска:


У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Ср: 12 июн 2019 0:44 
Не в сети

Зарегистрирован: Вс: 23 май 2010 10:48
Сообщения: 2653
alex---1967 писал(а):
В рисунках до конца не разобрался, нарисовал свои рисунки...
Насчет приемной катушки.
Цель (монета 25 мм) моделируем одновитковой катушкой такого же диаметра.
Оптимальной будет приемная катушка, когда проеция вектора магнитной индукции на ось кашушки равна нулю.
Это будет, когда проекции векторов от левой и правой частей катушки ( см. рисунок) будут равны и противоположно направлены.
Можно и спросить.
Не получилось за час найти инфу по распределению поля в произвольной точке, хотя лет 7 назад или больше уже, встречал. А сейчас все моделируют. :) Вот два источника для конкретики : https://nauchkor.ru/uploads/documents/5 ... d59295.pdf
https://docplayer.ru/72825444-Zadacha-i ... tizma.html
Я же пользовался когда-то давно справочниками по катушкам, где в начале даётся хорошая вычислительная база для разных вариантов. Вот там можно подобрать разные методы и формулы для оценок.
По ссылкам полагаем, что размер монеты гораздо меньше всех остальных размеров - диаметра Rx и расстояния до неё, поэтому берём их формулы для Bz и "убираем" за малостью R. Получившиеся отношения уже вычислить проще. По первой ссылке просто получаем, что Bz=0, когда равны их элиптические интегралы K=L. По справочнику или графикам для них можно найти эти точки. По второй ссылке нужно посчитать упрощённый интеграл для Bz=0, при R-->0

_________________
Адажио... https://www.youtube.com/watch?v=N3nPvnc7OQ0


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Насчет оптимального размера поисковой катушки и
СообщениеДобавлено: Ср: 12 июн 2019 1:00 
Не в сети

Зарегистрирован: Вс: 23 май 2010 10:48
Сообщения: 2653
Но все оценки приводят нас к выводу, что наилучший по глубине диаметр не очень удобен в реальном поиске. К слову у меня стандартная схема "Пират" с катушкой 25см давала до 80 см на совсем не точечную банку сгущёнки; а вот катушка 47+\-2см на такую же банку давала едва больше - 85-95см. Если поставить задачу наоборот, то схеме нужен датчик где-то порядка 1 метра для наибольшей глубины на такую цель. А это уже совсем другой класс приборов,- губинники. Но если взять цель с меньшей площадью ( тока ) то наилучший диаметр катушки окажется совсем другим.

_________________
Адажио... https://www.youtube.com/watch?v=N3nPvnc7OQ0


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 23 ] 

Часовой пояс: UTC + 3 часа


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 4


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти: