Схемы металлоискателей MD4U

Немного оживлю тему. Я тут смакетировал схемку с целью проверить ( одну свою ) теорию. Взял просто одну катушку диаметром 18см(30 витков, 400мкгн, 3 ома), с помощью мостового усилителя tda2822 подал на нее сигнал (синусоида с мк) частотой 10кгц и амплитудой 2В на катушке , ток катушки контролировался с помощью трансформатора тока. Сигнал напряжения с катушки и с трансформатора тока подключил напрямую к плате с мк stm32f373 к его двум 16битным ацп с дифф входом. Из полученых замеров тока и напряжения на катушке (это вектора) я посчитал параметры катушки - индуктивность и активное сопротивление. Интересно было в общем две вещи выяснить

1. Соответствие между поведением IB детектора и напряжения в его каналах и изменением параметров катушки в аналогичных условиях
2. Хватит ли динамики у подобной простой схемы для ловли изменений параметров катушки и соотв детектирования окружающих целей.

Так вот , по пункту 1 наблюдается соответствие если принять что канал X соответствует изменениям индуктивности катушки , а каналы Y - изменениям активного сопротивления. При поднесении любого металла активное сопротивление катушки увеличивается, при этом в зависимости от того, ферромагнетик это или нет индуктивность катушки соотв растет или падает. Падает правда несколько менее выраженно. Если кусок феррита поднести , то меняется только индуктивность, те насколько я понял как то специально настраивать все по фазе не требуется для осуществления GB.

Пункт 2. Динамики в 100дб хватает, чтобы обнаружить двухрублевую монету на расстоянии 25см от катушки в воздухе. Сами замеры индуктивности и сопротивления имеют по 5 десятичных разрядов без шума, тем не менее изменения такие, что если положить монету на катушку ее активное сопротивление меняется примерно на 0,07% , с монетой на 25см эта величина отклонения становится еще в 100 раз меньше. В общем списываю такой не особо веселый результат на шумный ацп, который работает чуть лучше 12битного по шумам.

Вот. Может кому либо будет интересно рассмотреть/проанализировать такой вариант "в лоб".

Привет !
Я кстати тоже пробовал делать подобные опыты , измеряя параметры поисковой катушки ( индуктивность и сопротивление ) мостом переменного тока Е7-8 . Всё примерно так и получается - X-компонент отклика влияет на индуктивность катушки , а R-компонент - на сопротивление потерь ( куда входит кроме сопротивления провода ещё и внесённое сопротивление потерь в металлических предметах рядом с катушкой ) .... но надо сказать , что несмотря на хорошее разрешение прибора Е7-8 ( 4 десятичных разряда ) , чувствительность такого метода получается очень "тупая"

Ага, я так и подумал что метод рабочий, почему и захотелось проверить. Думаю в твоей импульсной схеме с геотека, той которая симметричная, происходит аналогичный процесс, только для гармоник тестового сигнала. То что обычно называется "затухающая экспонента" просто отклик нескомпенсированной катушки, в обычных условиях она скомпенсирована но если компенсация нарушается (что происходит когда меняются ее параметры), то видим выбросы или наоборот более пологие фронты. Аналогичную штуку можно наблюдать если крутить винтик компенсации щупа осциллографа.

Да, и с 5 разрядами туповато, но никто же не собирается мерить данные отклонения напрямую , как говорится есть идея. А этот вариант он как бы макет с простой и бедной схемой...

ЗЫ а жаль что ты в аське перестал появляться, давно бы уже там обсудили все

Не , тут главный момент заключается в том , что отклик нескомпенсированной катушки зависит от её постоянной времени , а отклик цели - зависит от постоянной времени цели .... соответственно , чтобы чётко видеть сигнал цели ( затухающую экспоненту ) - надо постоянно и автоматически балансировать катушку , с помощью специальной сервосистемы ( на Геотехе там было про это ) . И другой важный момент - нужно сделать постоянную времени катушки ( L/R ) значительно больше , чем у возможных целей - чтобы принять сигнал цели без потерь и искажений . Ну а при возбуждении катушки ( и цели ) синусом , как в обычных балансных приборах ( и в том же мосте Е7-8 ) - там все отклики укладываются в "прокрустово ложе" двух фазовых координат ( X и R ) - потому там и информации получается значительно меньше , я про это кстати и в теме говорил . Скажем , хороший мост переменного тока обычно точно измеряет сопротивление провода простой катушки ( вместе с её индуктивностью ) .... но если эта же катушка имеет железный сердечник ( скажем , обмотка транса или дросселя ) - то сопротивление провода 200 ом запросто превращается в 30 килоом , например . И прибор совершенно исправный , и странного тут ничего нет - ведь он все потери "кладёт" на одну фазовую ось , и откуда же прибору знать - это потери от провода , или от вихревых токов в сердечнике . А если ещё и гистерезисные явления в сердечнике явно выражены - то совершенно исправный прибор запросто может "наврать" и в индуктивности ....



А кстати , тут у товарища есть и один 5-разрядный мост ( называется Р5016 , довольно редкий зверь , производства Киевского завода "Точэлектроприбор" ) , неплохо было бы и им измерить .... да только плохо то , что он не работает . То есть работает , но как-то интересно - цифры скачут , релюшки щёлкают и тарахтят , только не меряет ничего . И документации никакой нет вообще и достать нереально , а чинить такую советскую технику без схемы - это номер вообще тухлый От слова "абсолютно" - несколько раз мы пробовали , такой вот облом . А было бы интересно сравнить - насколько увеличится чувствительность такого "металлоискателя" при увеличении разрешения измерителя с 4 до 5 десятичных разрядов .

P.S. А насчёт аськи - так блин , она у меня просто однажды перестала работать . И непонятно почему - никто объяснить не может .... что-то у провайдера , надо полагать ( потому что и несколько сайтов перестали открываться ) . Так что , лучше пиши в личку или на мыло , так оно уж скорее дойдёт ...

И какого порядка эта постоянная времени для обычных целей типа монеты? Сервосистема постоянно вычитает базовый сигнал и остаток усиливается? Почти IB только в электронно-аналоговом виде а не в виде физической приемной катушки в которой вычтено поле передатчика.

Не совсем понятно, разве есть некая особенная методика измерения, которая позволяет отличить потери на активном сопротивлении от потерь на вихревые токи? Почему в измерении рлц-мостом меньше информации , из за одной частоты измерения?

А почему наврать, в данных условиях индуктивность/сопротивление и будет то, которое показывает прибор, при этом свойства сердечника вполне понятно влияют на увеличение потерь на вихревые токи и на индуктивность.

Она увеличится до 25см, я писал . В моем макете даже больше 5 знаков получилось для индуктивности и активного сопротивления.

Да, черкану сегодня в личку, и если найду - в имейл .

Для монеты - может быть порядка нескольких микросекунд , для банки от колы , например - около 50 мкс , а для большой и толстой медной пластины - может и до миллисекунды дорасти ...



Ну да , именно так - балансируем постоянно , а остаток усиливаем . Благодаря этому мы , во-первых , можем всегда держать постоянно максимальное усиление , не боясь перегрузки усилителя сигналом разбаланса , а во-вторых - ставим какбы "заслон" всем помехам и "грязи" , проникающим на вход приёмной схемы от силовой цепи . И что ещё важно - устраняем влияние той самой постоянной времени ( экспоненты ) нашей катушки на дискриминацию целей - так как усиливаться будут только сигналы от целей , в "химически чистом" виде . И это действительно получается такое "сращивание" балансного и импульсного принципа в одном устройстве , которое тогда становится "предельным металлоискателем" ( вроде оптимального приёмника в теории связи ) - там на Геотехе я приводил теоретическое обоснование для этого .



Так ты сам прикинь - там же разная схема замещения , ведь вихревые потери какбы включаются параллельно катушке , а сопротивление провода - последовательно . Ну а мост наш , работая на одной частоте - не может их разделить , и просто векторно складывает их на одной фазовой оси , конечно с учётом знака .



Ну в принципе да ... тут ведь , ты это заметь - само определение индуктивности не может быть корректным в таких условиях . Ведь индуктивность , в максвелловском смысле - это чисто ЛИНЕЙНАЯ штука .... а если она становится нелинейной , то и непонятно , какое её измерение "приказано считать верным" , так сказать Вот и получается , что несколько разных приборов могут для одной катушки дать сильно разные значения , будучи при этом совершенно исправными , я про что и говорил ....

Интересно в книжках про этот вопрос можно что нибудь почитать? В любом случае отклик с периодом несколько микросекунд, если оценивать его на одной низкой частоте, различить будет нереально, он же на весь период размажется интегратором, а период в сто раз больше (для монеты).

"предельный металлоискатель" это сильно . Я так понимаю основное отличие будет в тестовых частотах, балансники все же значительно более низкочастотные. А, но ведь тестовую частоту можно и переключить при желании, будет и правда супер-искатель

А как их разделить на нескольких частотах? По моему схема замещения тут не при чем, я могу посчитать и для параллельной схемы замещения номиналы, принципиально это ничего не поменяет.


А я вот что думаю, надо резко сменить терминологию. По большому счету нам не важно ведь какая там индуктивность у катушки и какое активное сопротивление, просто есть базовый ток через катушку, отклонения от него являются сигналом с цели( если принять напряжение на катушке синусоидой со стабильной амплитудой/фазой). При этом компонента синфазная току катушки(с оговоркой ниже из за потерь в катушке) является каналом R а квадратурная соотв - X и все дела. Фаза между напряжением на катушке и током конечно понадобится, для того, чтобы выяснить истинное положение оси R , из за того, что катушка имеет ненулевое активное сопротивление, но это все чисто вопрос калибровки.

Ну так надо же ещё правильно определить этот "базовый ток" , чтобы потом вычесть из него реальный ток - и разность будет нашим сигналом . Притом вычитать желательно не в цифре , а в аналоге ( перед АЦП ) - чтобы не лезть в дикий динамический диапазон Но только ты заметь , что базовый ток - он зависит от сопротивления провода ( на нём есть падение ) , и это надо обязательно учитывать .... в общем , там есть интересные нюансы

Я так и планировал вычитать в аналоге и потом усиливать. Кстати не такой уж и дикий там дд. У меня же получилось 25см для монетки при 50 измерениях в секунду, можно снизить частоту замеров раз в 10 и получить еще халявной ~10дб динамики. И по сравнению со схемой аналоговой балансировки отсюда http://www.aha.ru/~aish/book2/final.htm, результат довольно неплох, там заявлено 15см всего на монету чуть большего размера. Короче говоря такой вариант возможно не тупиковый, хотя и не даст максимума чувствительности по понятным причинам.

Нюансы есть везде, иначе бы все переделывали жигули в квадрокоптеры питающиеся от солнечных батарей

А как посчитать сигнал для указанных двух примеров на рисунке ? Один вариант - в контур частично включен кусочек фольги, который не оказывает заметного сдвига фаз, но обладает собственной индуктивностью, в которой накапливает ток и поле. Второй вариант - в контур включена проводимость почвы или солёной воды, которая не имеет собственной индуктивности, но так же воздействует на катушку, как активное сопротивление.

Я так думаю , что индуктивность в обоих случаях есть - есть контур с током , имеющий конечную площадь - просто в случае с солёной водой значительно больше то внесённое сопротивление . То есть постоянная времени солёной воды больше , чем у фольги , но схема замещения будет всё равно та же ....

Вы можете отключить эти сообщения.

Понятно, Дмитрий. Но индуктивность можно определить, как коэффициент между током и полем - но тока в растворе нет, и собственного поля воды тоже нет... Тока нет , потому что там ионы, а не электроны - это совсем другая среда, чем металлы. Есть ещё пример - кремний, в котором проводимость полупроводниковая, а не электронная. И ионы в воде очень редкие, массивные, медленные - это значит, что они плохо ускоряются внешним переменным полем и быстро теряют приобретённую энергию на хаотические столкновения с нейтральными молекулами в основном. Поэтому поля от направленного движения ионов тоже нет. Это вполне справедливо на наших относительно низких частотах.
А вот даже у самого маленького кусочка фольги есть собственное поле - электроны ускоряются, движутся организованно и образуют своё поле - которое может накапливаться и воздействовать на нашу катушку прибора. Другими словами, мы видим именно поле индуктивности - а сопротивление фольги вторично для МД. А в случае проводящей воды мы видим ошибку метода ! А именно - возникает некий дополнительный ток через часть катушки МД, которая не связана с объёмом воды или почвы.
Для оценок разницы ещё добавлю информации. Если взять одинаковую площадь фольги и образца солёной воды, то этим будет обеспечена одинаковость элемента связи М в обоих случаях, и одинаковость той предполагаемой "индуктивности воды"...
Так вот немного отвлекусь и напомню решение этой проблемы - нужен интервал без изменяющегося поля МД, чтобы избавиться от этих ошибок метода. Дополнение : фольга, обладающая своим полем, даст сигнал - а вот вода, в которой движущиеся ионы потеряют энергию ( ток ) за время между двумя столкновениями с молекулами, не даст никакого сигнала в МД.
Но может есть методы, как выявить метал среди неметалла предложенным Neekeetos методом??? Об этом и спрашивал. Следующим вопросом будет магнитное свойство грунта.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0 ... 0%BE%D0%BA

Мне вот любопытно кто подобные схемы рисует . Отличить одним замером именно эти две нельзя, поскольку их обе можно свести к эквивалентной схеме с индуктивностью и резистором. Если бы схема была как то отлична от катушки с потерями, то можно было бы сделать замеры на нескольких разных частотах и чтото вычислить. Но опять, для такого нужна некая модель. Либо надо эмпирически решать задачу, сидеть и искать закономерности в полученых реальных откликах/спектрах.


Не совсем понятен вопрос. Вроде бы выделение металла среди неметалла и есть задача для металлоискателя разве нет? И то, что я спаял это в первом приближении и делает.


А вопрос на 5 баллов - "земля как большой магнит"

Нарисуйте, как считаете правильно - ждём.

Сергей, реального тока в растворе, находящемся в переменном поле НЕТ ! Почему, я уже объяснял не раз.

Не надо выдирать фразы из контекста, речь шла о том, что ваши схемы одинаковые, они сводятся к индуктивности с потерями, поэтому нарисуйте хоть десять катушек друг за другом и сеть из резисторов, сути и понимания не добавится. Модель на которую я опираюсь не особо сложна - трансформатор со слабой связью между обмотками, при этом первичная обмотка это передающая катушка а вторичная (замкнутая) - цель.


А можно еще раз объяснить, я чтото не до конца понимаю почему тока нет в растворе?

Можно и ещё раз - перечитайте несколько моих сообщений чуть выше. И приведу ещё сравнение-объяснение : тока нет, потому что частота соударений заряженных частиц в растворах гораздо выше частоты поля в наших случаях. Это похоже на машину, которая "тупо" упёрлась в стену, и хотя и газует так, что дым идёт, но с места не сдвигается.
Но на следующем уровне понимания мы узнаем, что там есть не только ионы...
Из возможностей разделения сигналов металлов, которые мы хотим найти, и сигнала от проводящих рассолов, которые возникают, как ошибка в данном методе, можно пробовать использовать повышение частоты до тех пор, пока не возникнет заметный сдвиг фаз полезного сигнала от фольги. Т.е. - это снова подбор такого зондирующего сигнала, как нам нужно для наших задач поиска металла в мешающей среде.

Очень любопытное описание. В школе нас учили что ток - упорядоченное движение заряженых частиц, каких именно зависит от материала. Если данные частицы встречают при своем упорядоченном движении какое либо препятствие, то это в физике называется сопротивление, которым обладают все проводящие ток материалы независимо от того, какие именно носители тока в них доминируют. Поэтому, есть заряженые частицы - есть ток - есть поле создаваемое этим током. Вот нагуглил учебник где весьма подробно описана проводимость в мутных случаях , вызывающих у вас сомнения http://nika-fizika.narod.ru/68_0.htm .

А просто использовать тот факт, что "проводящие рассолы" равномерно распределены, нельзя?

Указанный учебник к нашему случаю не относится, потому что даже близко не описывает поведение солёной воды. Но можете применить формулы для металла - выразить проводимость воды через концентрацию и массу ионов, сравнив далее с теми же величинами для металлов.
Кроме того Вы отклоняетесь от темы и от заданного вопроса - составьте схему замещения и попробуйте отличить предложенным методом солёную воду от металла. Если это не получается сделать с достаточной достоверностью, то и метод не годится для поиска в грунте - будет так же, как у обычных одночастотных балансников... Обычно равномерности нет в реальности. Могут встречаться как барашки волн, так и неравномерность поверхности грунта, так и его неравномерная проводимость. Поэтому одного фильтра движения мало.

А каков он , заданный вопрос? Я то написал сюда поделиться скромными результатами и услышать мнения, а сварщик я ненастоящий и по поводу отделения соленой воды от металла могу что либо сказать только после того как сам сделаю замеры .

Видимо, раз данный вопрос еще до сих пор успешно не решен никем, он и не имеет конкретного решения, а лишь варианты

Ну, ладно - тогда успехов и ждём результатов замеров.

Та схема , кстати , это вообще извращение - работает на одной частоте , и с такими "наворотами" , ОУ в цепи баланса , итд . Тот вариант на катушках , про который я говорил - работает в диапазоне частот примерно 3:1 , да притом и схема всего из двух деталей

Но кстати , Вадим , можно ведь провести и прямой эксперимент - наполнить тонкую резиновую трубку раствором соли , сделать контакты с двух сторон ( вставить проволочки в пробки ) , а потом - испытать этот "проводник" в реальных магнитных полях и на разных частотах .... ну например , намотать этим "проводом" несколько витков на тороиде , и столько же витков обычным проводом - а потом сравнить сигналы с этих обмоток на двухканальном осциллографе . Также можно и наоборот сделать - пропускать ток через ионный проводник и смотреть сигнал на первичной обмотке транса ( которая теперь станет вторичной ) . Кроме этого , методом замещения можно будет определить и вносимое сопротивление , присущее изначально ионному проводнику по сравнению с медным . Возможно , кстати , что оно будет зависеть от частоты .... и вот тогда - появится ещё одна возможность по различению солёной воды от очень "тонкого" металла . С другой стороны - это различие может проявиться на частотах , слишком больших для обычных металлоискателей ... и тут , что интересно - может проявиться одно полезное свойство этой моей схемы "импульсно-балансного" прибора - а именно , способность выделять сигнал даже во время обратного хода .

Можно проверить и так - нужно лишь желание, превышающее сопротивления. Но с другой стороны нужно и подумать, как лучше поставить опыт. Ведь сигнал будет образовываться и при отсутствии витка - просто двусторонний плоский конденсатор, электроды которого обращены наружу и погружённый в раствор. Витка нет, а сигнал будет... А вот если несколько витков, а напруга больше - это уже вариант. Хотя тоже не ясно - ведь раствор выступает в роли конденсатора : переменный ток проводит, а постоянный нет. Ну, и включили несколько кондёров-витков последовательно - и что это доказывает?
Если подключать к солевому витку генератор, то его напряжение нужно делать менее 1В - чтобы не начали идти электрохимические реакции, т.е. чтобы не потёк реальный диффузионный ток ионов из-за их нейтрализации на электродах. Но на сколько я знаю, такие реакции сильно замедляются на частотах больше примерно 300Гц. Так что проще с приёмной солевой обмоткой.
На высоких частотах некоторые использовали солевой эквивалент в качестве нагрузки для передатчика. Там применена банка с раствором соли и коаксиальные электроды. Работает, как чисто активная нагрузка вплоть до 30 МГц. Поэтому активный характер может поменяться где-то за 30 ГГц.
...Так что я над такими экспериментами не думал сильно... Но можно по-быстрому предложить другие варианты - с шунтами для измерения тока и с нагрузочным резистором, подбирая номинал которого, можно и ток измерить и его запаздывание... Естественно, что и резистор, и трансформатор должны находиться далеко вне первичного поля, чтобы не влияло. Ещё вариант - вывести тот ток из области первичного поля теми же солевыми проводами в виде витой пары, чтобы металлические электроды, касающиеся раствора, были тоже далеко от поля. А на конце - резистор в качестве нагрузки. А потом диод - и пусть ток по соляному проводу бежит!