Схемы металлоискателей MD4U

Делать многочастотник стоит , когда решаются конкретные задачи, которые ставятся перед прибором. Вот, например, flagman, используя выкладки в начале темы реализовал приборчик (на 2х частотах) для работы в соленой воде и сообщал, что все получилось.. , а большинству поисковиков достаточно просто сменить частоту МД при смене условий и объектов поиска...

Мне интересно, как минимизировать влияние грунта, причем не экзотического а обычного. Для улучшения SNR разумеется.
Если отбросить в сторону дифф. датчик, и датчик с ортогональным Тх на феррите, то остается только схематехника прибора. И вот тут и интересно было бы попробовать две+ частоты (первая - в пределах 1-2 кГц, остальные - поисковые).

Практика показывает, что при простом переключении частот с помощью добавления конденсаторов в генератор и катушку Rx, баланс грунта остаётся на месте (потому что правильно подобранные конденсаторы его там и оставляют).

Не-е... отбрасывать мы ничего не будем, а лучше обозначим критерии определения Грунта, а затем методы работы с ним...
1. Предполагаем, что за пределами целевой зоны датчика присутствует Грунт, а значит его можно скомпенсировать выбрав соответствующие размеры и величины поисковых полей целевой и компенсационных зон. К таким датчикам относятся: ортогональные (ориентировав зоны в пространстве по направлению к грунту), различные "восьмерки".., cупер DD, концентрический датчик с "пояском", 3-х катушечные зонды,.. и т.д... Все они эффективно скомпенсируют грунт при условии правильной ориентации к поверхности. Различие будет проявляться к неравномерности поверхности грунта...
2. Предполагаем, что Грунт присутствует всегда, а цель проскакивает лишь изредка на непродолжительное время. Фильтры движения: отрежем постоянную составляющую с помощью ФВЧ, тем самым отрежем постоянный сигнал от грунта.., но при этом вместе с грунтом отрезается большая часть сигнала Цели.
3. Предполагаем, что Грунт в конкретной зоне поиска имеет неизменные физические свойства (намагниченность и проводимость, иначе - фаза)
а) Прибор настраиваем (вручную, а лучше автоматом) на приказ: "Молчать на фазу грунта!" и пиликать при расхождении полученной фазы принятого сигнала от фазы грунта при условии наличия какого-то сигнала. Тут присутствуют ошибки в определении свойств цели, утягивание в чернину, "горячие камни"...
б) Прибор измеряет и запоминает значения Xг,Yг (управляемые ФВЧ по X,Y), а при расхождении полученной фазы принятого сигнала от фазы грунта вычитает из принятого сигнала запомненный сигнал грунта - Высокая достоверность полученных параметров Цели (Кощеи)
4. Назову еще один метод, пока, что никем не реализованный в МД - статистический viewtopic.php?f=24&t=8494

А, вот, SNR с помощью анализа откликов на нескольких частотах поднять можно...

- Дифф. и ортогональные датчики имеют серьезные недостатки, при том, что от проблемы грунта полностью не избавляют.
- Фильтры движения обсуждать не смысла: они просто есть, и они полезны - с этим никто не спорит.
- По последнему пункту. Прочитал ту ветку, и присоединяюсь к мнению Вадима - идея непонятна, а вычисление среднеквадратических значений и отклонений - мало чем отличается от используемых сейчас фильтров и порогов. Т.е. новизны я не увидел, ничего такого, за что можно зацепиться.
- Вычитание грунта - имеет непосредственное отношение к этой теме. Потому что фазу смещает (вроде бы) одинаково на всех частотах.

Есть еще одна модная нынче штука, которую в мд не пробовали - нейросеть. В сети выложены исходники нейросетей для микроконтроллеров арм, которые распознают звуки и вроде бы даже речь. Тренировка сети производится на пк, а в микрокортроллер загружаются уже готовые коэффициенты. Гипотетически, можно натренировать на отделение целей от грунта, а может быть даже и определение металлов. Надо хорошо знать Си и желательно питон, так что я в это врятли полезу. Но это уже оффтоп.
---
Возвращаясь к теме многочастотности, сегодня натолкнулся на проблему - непонятно, как закачать многочастотный ток в катушку Тх. Скажем, несколько синусов сложить не проблема, проблема - сделать выходной мощный усилитель (предполагается, что катушка безрезонанс, поэтому крайнюю гармонику надо усиливать существенно). Вариант по схеме усилителя класса D мне нравится, но там появляется паразитная частота ШИМ. И непонятно, как это повлияет на общий SNR. С другой стороны - любой прямоугольный импульс содержит в себе кучу ВЧ гармоник, и как тот работают приборы. Попробую помоделировать выходной каскад с усилителем класса D (на том же LM393).

Динамический порог.
PS. Еще можно использовать фильтр Калмана.

Так.

мало чем отличается от используемых сейчас фильтров и порогов
отличается, при чем существенно... МНК позволяет отделить: Смещение - Тренд - Среднеквадратичное отклонение результатов измерений (шум измерений) и установить более точно порог на Цель, постоянно его поддерживая на оптимальном уровне в условиях постоянного изменения шумовой составляющей и параметров среды в процессе поиска. Существующие методы - грубы и не оптимальны, рассчитаны на самые плохие условия, что приводит к потере обнаружения цели.
Нейросетям в МД делать нечего.. одна и та же цель при её перемещении/вращении в поле детектора даст кучку откликов с различными составляющими проводимости/намагниченности (фазами)
Гипотетически, можно натренировать на отделение целей от грунта - бред, этого не возможно в принципе, суммарный сигнал от разных целей с разной VDI не разделяются по фазовым составляющим.., только анализ по очереди: "грунт"..."грунт+цель"
Многочастотная СпектраV3 долбит в катушку в классе D (раньше у Белых был буклет...убрали.., нашел копию вот тут https://md-arena.com/kniga-whites-spectra-ot-e-t/ ), а в катушке ТХ уже мультирезонанс. Это видно на, безрезонансной катушке RX. Затем, похоже, канальные фильтры... хотя, можно было бы и без них, возложив эту функцию на канальные корреляторы и обрабатывать один поток оцифрованных данных...

По нейросетям настаивать не буду, замечу лишь что распознавание речи, это ведь тоже работа с комплексными числами, только звук - амплитудно-частотная модуляция, а отклик от цели - амплитудно-фазовая. Значит, по размерности эти нейросети должны подходить. Но на этом мои аргументы заканчиваются - я не специалист в нейросетях, даже не программист.

За ссылку о приборе вайтса спасибо, очень интересно. К сожалению, это не класс-D, это обычный полумост и последовательность из периодов разной частоты. Я же писал об усилителе класс-D, где сигнал (пакет волн) подается на компаратор вместе с базовой пилой, а уже на выходе компаратора имеем ШИМ, подаваемый на полумост. Разница - в пакете волн, а не последовательности периодов. Подать последовательность проще, существенно. У меня пока с усилителем класс-D вообще ничего не получается. Но что точно плохо в последовательности импульсов а-ля вайтс - все они одной амплитуды, а значит если катушка не мультирезонанс - токи сами понимаете как отличаются. Значит, надо пытаться сделать усилитель класс-D.

Вообще-то разделение по классам усилительных элементов осуществляется по режимам работы с синусоидальным сигналом. Класс-D предполагает работу усилительного элемента в ключевом режиме, без каких-либо участков ВАХ активного элемента в линейном режиме усиления (элемент открыт/элемент закрыт)
Привязки к какой-либо схемотехники - НЕТ.
Как формируется многочастотный сигнал, я уже приводил в теме ранее...

Провел эксперимент-симуляцию с тремя частотами, классом-Д и безрезонансом. Не особо успешно. Проблема в том, что для пакета волн надо брать слишком большое соотношение амплитуд (к примеру 100х для погашения разницы 20дБ). В результате, гармоники с низкой амплитудой теряются в шумах усилителя.
Приведу пример: частоты 2кГц 2.8В, 14 кГц 50мВ и 34 кГц 150мВ (частота - условная амплитуда. Условная - потому что пакет волн я потом растягиваю до размаха 15В перед подачей на ключи). Передающий контур имеет резонанс около 10кГц (0.56мГн 470нФ), принимающий около 19кГц (6.5мГн 10нФ). Отсюда такое соотношение амплитуд. Пакет волн сформирован и подан на ключи. Результат смотрю на второй обмотке (К = 0.07)
FFT показывает много мусорных пиков, что не удивительно при PWM, но и видны нужные 2, 14 и 34 кГц. К сожалению, амплитуды вытянуть не удалось - на ШИМ видно что модуляция и так уже сильно горбатая. Еще больше менять соотношение амплитуд просто нельзя - 14кГц потеряется в шуме.

А вот здесь пакет сформирован из амплитуд в пропорции 1-1-1Видно как просела 2кГц

В целом, результат почти приемлем. Но, почти - не считается Боюсь что с таким количеством торчащих гармоник грунт задавит просто все. Наверное, класс-Д с пакетом волн - плохая идея.

p.s. А с другой стороны, нижняя FFT как раз соответствует вайтсу - там ведь соотношение амплитуд как раз 1-1-1. Паршиво работает, наверно )

Вы можете отключить эти сообщения.

К тому же все эти "торчащие гармоники" легко проникают в Rx за счет паразитной емкостной связи.

3+15+27 кГц

Синус с нулем сравнивать - а это корректно? В литературе на минус компаратора треугольник подается. Уж не знаю, зачем, не разбирался, в голову не приходило. Думал, так надо. Но, вижу что FFT у вас получился вполне себе приличный.

Это как пример формирования 3-х частотного сигнала в генераторе с выходом усилителя ТХ в D-классе (пример аппаратной реализации математической функции "sgn X")

Дык, треугольник не надо подавать на компаратор?

Я эту схему повторял, только синус делал из меандра с помощью фильтров. Просто потому, что в имплементации на микроконтроллере мы имеем дело с меандрами, а не синусами. А вот треугольник из меандра у меня получался кривоватый. Поэтому, если треугольник не нужен, это очень сильно упрощает дело, ведь треугольник должен быть достаточно высокой частоты.

TX (D) = sgn(sin(w*t)+sin(5*w*t)+sin(9*w*t))

Сергей, возможно мы друг друга не поняли. Я прочитал, что такое sgn X. Вопрос в другом - для класса-Д нужна именно функция sgn, или же ШИМ работает вот так (повторюсь)
Здесь как видно, вовсе не sgn (сравнение с нулем), а сравнение с треугольным сигналом.

Для класса-D не нужна никакая функция... это просто работа выходных элементов в ключевом режиме.
Пила используется в линейном усилителе с выходным каскадом в классе-D для формирования ШИМ по случайному входному сигналу... для МД этого не надо, в нем нужны определенные фиксированные частоты с минимальным количеством и величине неиспользуемых частотных составляющих, а для этого они должны быть кратны нечетным гармоникам самой низкой частоты.

Спасибо! Понял. Выходит, пила помогает поймать мелкие модуляции сигнала в усилителях звука - повышается разрешающая способность. А для периодического сигнала такая точность не обязательна.

Правда, у меня все еще остаются сомнения, что sgn будет хорошо работать при большом отношении амплитуд. К примеру, если третья гармоника имеет амплитуду в 100 раз меньше, чем первая (как в моем примере, где я пытался выровнять амплитуды гармоник на безрезонансной нагрузке). В этом случае пересечений нуля будет в разы меньше, что в конечном счете скажется на SNR, как я понял. Надо попробовать.

В случае индуктивного характера нагрузки ТХ (формируется магнитное поисковое поле) с ростом частоты величина поля (тока через катушку) линейно снижается по отношению к частоте, но в то же время величина эдс наведенная на катушке RX точно так же линейно возрастает с ростом частоты вторичных сигналов от окружающих веществ/целей ... что в какой-то мере стабилизирует коэффициент передачи системы TX-окружающая среда-RX

Делал на практике у Квазара формирование синуса TX широтно-импульсным методом. Чудовищно, крайне не советую. Сигнал получается очень "грязным".

И паразитная проникновение из Тх в Rx на высоких частотах (коих в ШИМ хоть лопатой греби) намного выше.

В случае применения синхронного детектора ( у которого полоса пропускания несколько герц) влияние этих помех становится мизерным, как и других шумов от грунта и атмосферы. А точное сведение в ноль катушек ещё больше их уменьшает. Не говоря уже о случае резонанса с высокой добротностью.
Разумеется, при переходе на без резонанс - придётся со всем этим иметь дело.

От чего грязный, от прямоугольного импульса? Я так понимаю, закачивать прямоугольник в Тх - обычная практика в коммерческих приборах (взять хоть тот же вайтс трехчастотник).