Схемы металлоискателей MD4U

Привет всем!
Решил сделать свой варинат VLF металлоискателя на STM32 + DSP.

схема RX и ТХ стандартная.
проблема в том что, не могу поднять чувсвительность. 2.5см монетку на воздухе всего 10-12см.

индуктивности катушки:
ТХ катушка: 1.2 mH.
RX катушка: 15 mH.

разбаланс: 150 милливольт.
рабочая частота: 8.5 kHz.

ТХ с резонансом(внешний RC, 5R + 300nF последовательно с катушкои ТХ), RX без резонанса(C44 отсутствует).

Aмплитуда на катушке ТХ: 12,4 вольт.
Ток протекающий в TX катушке: 30mA

Экранировка катушки с алюминиевой фольгой(как я знаю со графитом лучше).

кабель коаксиал от видео камеры.

любая помощь будет полезным, спасибо вам заранее! heart

Вы же, наверное, и программу сами писали. Вот в ней и разбирайтесь с чувствительностью

Постройте в симуляторе макет rx по вашей схеме и посмотрите что с АЧХ Rx...посмотрите усиление...dB и т.д.

Что-то кажется что размах маленький в ТХ.

в симуляторе вроде всё было ОК. Nе обратил внимание на то, что у OPA333 GianBandwidth всего 350kHz. и на 8.5kHz, приблизьтельно палучатеся КУ 40. купил подходящие операционники с таобао, пока жду ))

могу увеличить до 40 вольт

Скрин можно увидеть АЧХ Rx из симулятора?

да сам разработал с нуля . Вроде vсё работает, измеряет амплитуду (пик то пик) и фазу спомощью алгоритма FFT, погрешность до 1 градуса. баланс грунта пока нет.

1. Синхронизация от ТХ все равно необходима.., к тому же ДПФ на одну частоту будет быстрее, а следовательно за отведенное время можно обработать/накопить значительно больше цифровых отчетов и поднять чувствительность приборчика.
2. Аналоговый линейный усилитель на ТХ создает дополнительный случайный шум, ограничивающий вероятность обнаружения сигнала от цели на фоне этого шума.

конечно синхронизирован с TX- ом ,а как по другому рассчитать фазу?)) оверсамплинг до 300kHz. разрядность ADC 12 бит.

Ну, в ТХ чисты синус от DAC, шумов нет(усилитель 8002 грелся и заменил с lm4871).

всё таки думаю что проблема в катушке и в RX части схемы.

Вы можете отключить эти сообщения.

lm4871
В даташитах же указано, что динамический диапазон этих усилителей порядка 60дБ. Всё, что ниже 60дБ - ШУМ.На -60дБ задавлено конструкцией датчика IB, а остался только шум, поэтому ниже этого порога никакие цели не видны...
К примеру, динамический диапазон передатчика ТХ на ключах это отношение Rзакрытого/Rоткрытого ключа, при условии стабильных временных характеристик.
оверсамплинг до 300kHz. разрядность ADC 12 бит
Эквивалентная разрядность накопленных данных за время измерения должна быть хотя бы 20...22р (считайте, что это шумовая граница аппаратной части МД или его чувствительность).., поэтому-то ставят отдельно шустренькие аппаратные АЦП, чтоб накопить как можно больше цифровых отчетов принятого сигнала.

Ну, 40 даже наверно "многовато"...30-35 вполне себе достаточно.
Не совсем конечно удобная "програмулина" в части...некой наглядности...осей...разрядности и т.д.
В микрокапе на мой взгляд удобнее...Но это дело вкуса.
На мой взгляд "красивая"...ровная параболка выходит.
Можно "подровнять"... Но это уже "допиливание/шлифовка".
В целом усиление Rх более чем достаточно. Поэтому не в этой части у Вас дело.
OPA333 в целом...бррр... На мой взгяд нужно более "тише" и т.д. и их предостаточно.

спасибо вам за ваше мнений!
купил несколько готовых датчиков с онлайн маркета, операционики, усилители звука и т.д. Попытаюсь ешо улучщить шумовие харастеристики в питание и в усилительных каскадах.
Уверен что, точно найду причину неисправности, только время уйдёт на это))
Ну а как по другому, первый раз делаю VLF, Сообщу вам обо всех шагов. проект действительно интересен))

чем толще провод на катушке и чем больше витков тем больше чувствительность, и конечно усиление в каналах максимальное должно быть высокое

Увы нет. Хоть на резонансной Rx хоть на без резонансной. Сделайте 2 одинаковые катушки. На одной витков 230 Rx 0,3-0,5 по меди, а на другой те же 230 только проводом 0,15-0,2. И посмотрите в живую на грунте (на чистом и в траве), не дома в статике и по воздуху, что будет происходить, как и в части глубины/дискрима, так и в части стабильности/ложняков и т.д. Равно как и КУ. Одно дело 30-40 bd, другое более 50. Эх, кабы было все так просто и здорово, давно бы уже все это сделали.

Особенность чувствительности МД (в отличии от классических приемных систем) в том, что необходимо выделить слабое вторичное поле от целей на фоне мощного первичного поля от ТХ. Отсюда вытекает требование точного/прогнозируемого состояния параметров ТХ создающего первичное поле и точного измерения его изменения за счет присутствия вторичного поля от цели. Т.е. МД должен обеспечить как можно больший динамический диапазон в наперед известных параметрах ТХ для получения высокой чувствительности к целям. Мало обеспечить возможность приемного тракта МД измерить/обнаружить изменение первичного поля под действием цели, необходимо обеспечить собственно эту возможность из-за наличия шумов, создаваемых ТХ.
Снизить шум ТХ, а следовательно поднять возможность увеличить чувствительность к целям, возможно разными способами:
1. Увеличение добротности ТХ (генератор ТХ + контур). Шумовая граница отодвигается в Q-раз.
2. Индукционный баланс. Его эффективность зависит от конструктивного исполнения зон TX, RX, CX их идентичности для прохождения сигналов не только на рабочей частоте, но и для различных широкополосных шумов генерируемых ТХ.
3. различные аппаратные методы снижения внеполосных шумов как со стороны ТХ, так и со стороны RX...
Ваше очевидное решение для МД - неприемлемо...

Добрый день!
Ну вот такие новости:

1. ещё улучшил погрешность фазы(за счет увеличения oversamling до 300kHz и размер вектора, размер FFT bins соотвественно).
2. улучшил шумовые характеристики в питание и во всей схеме.

чувствительность чуть увеличилось но не то что должно ...
С китая пришла посылка, завтра дастану, заменю усилители...

Скопирую скрин, ответ Andy_f -a(Автор квазара).
не могли бы объяснять, простыми словами,
1. "вычисляется VDI из сигналов X и Y" что имеется виду В X, Y сигналах, то есть какой именно сигнал(real, imaginary компоненти после FFT?)
2. "Дальше отклик фильтруется ФВЧ" какой сигнал фильтрируется через ФВЧ(FIR, IIR или еще другой?), фаза или до расчитание фазы вектор(какой вектор)?
3. "имеющим такую же фазу, как фаза отклика грунта" Если фаза не меняется, каким способом обнаружить цель?

Кажется что-то пропускаю, важный момент в обработкe сигнала

В КРОТе и в КОШЕЙ 20 аналоговые усилители стоят. (MC34119)

P.S.
после завершение проекта, собираюсь всё загрузить на Github и сделать полностью откытым(Open Source)

1. VDI = arctg(Jm/Re)
2. С датчика в отсутствии каких-либо объектов поблизости поступает остаточный несбалансированный сигнал от ТХ. Его необходимо привести к нулю по обоим составляющим Jm->0 и Re->0. В большинстве приборов это осуществляется с помощью ФВЧ, который одновременно с остаточным сигналом устранит все статичные сигналы от грунта. Сигналы Jm и Re прошедшие на выходы ФВЧ - это сигналы динамические, показывающие изменения состояния среды в близи к датчику.
3. Отношение Jm/Re на выходах этих ФВЧ - это фазовая характеристика этой среды.
3.1. В следствии различных временных задержек в узлах (ТХ, RX, фильтрах, усилителях...) приборчика необходимо провести его калибровку соответствия фазового положения ординат Jm<->Re по реакции на образцовую Цель (Феррит - максимум намагничивания (Jm) и минимум проводимости (Re)) и соответственно повернуть оси ординат.
3.2. Если эта среда Грунт, то его фазовая характеристика примерно постоянна.Тут тоже могут быть различные решения...Можно его как-то зафиксировать и подстраивать.., что-то типа пропустив эту фазовую характеристику через другой ФВЧ - мы получаем "компенсацию сигнала с фазой Грунта". Любой "отскок" от этой величины покажет, что под датчиком не Грунт, а что-то другое, например Цель, при условии, что Re (проводимомсть) так же выскочила выше своего предыдущего уровня...
...примерно, как-то так...
В ... стоят.
А это, что - аксиома? Я описал исходное положение основ чувствительности приборчика. Как вы его сможете/захотите реализовать - это только ваше решение...
(MC34119)
по даташитам он обеспечивает менее 0.003% нелинейщины (-90дБ), что не так уж и плохо.., но можно лучше
(ах, там же еще ЦАП свое добавит... )

То Есть VDI рассчитывается только по фазе? там амплитуда/магнитуда не учитывается? запутался

Jm, Rе векторы меня получено с помощью FFT.
Кстати, вы в Jm,Re вектор имеете в виду или float/double величину ?

Так, у меня есть фаза(считаете что фаза уже настроена правильно, и фаза грунта тоже примлимо к сведению ) и магнитуда. какую величину пропустить через фильтр(ФВЧ) чтобы получить самабалансированы порог?(для детектирования цели)или не имеет значение для парога?

и еще один вопрос, Реально какие сигналы имеется ввиду в X, Y и G?
как я думаю X- Re, Y - Jm, G- сбалансированы сигнал груна тоесть сигнал после ФВЧ,
Не так ли?

Сейчас думаю, для демодуляции сигнала(X, Y) использовать классическое перемножение (cos/sin). или оставить FFT, FFT довольно стабильно работает, но вариант "cos/sin" как я вижу почему-то более часто используется в детекторах, может быть из за низкой производительности микроконтролёра ...

Пропустил значение фазы в ФВЧ, вот так получился :
динамический режим.

То Есть VDI рассчитывается только по фазе?
Копателю не ведомо слово "Фаза", поэтому когда-то было введено понятие VDI
Jm, Rе векторы
Jm,Rе - не векторы, а проекции вектора сигнала S (или Грунта G) на оси ординат Y,X
или float/double
любое перемножение разбивает исходный спектр сигнала S на пару зеркальных составляющих. Для анализа достаточно одной половинки.
Так, у меня есть фаза
у вас есть фаза измерителя относительно внутреннего таймера ТХ, без учета задержек в аппаратных узлах прибора. Её необходимо корректировать по образцовой Цели (феррит), чтобы на выходе фильтров ФВЧ Jm,Rе получить фазу Цели.
чтобы получить самабалансированы порог?
Тут, всё просто... Любая последовательность данных представляется в виде матожидания М ("среднее") и её дисперсия D ("сигма"). Установив порог выше М+3*D мы отсекаем 99,72%
классическое перемножение (cos/sin)
В аналоговых МД вообще применяли прямоугольную огибающую cos/sin и имели дополнительные 30% шумов, а в цифре это попроще. Хотя, можно еще уменьшить Шум, наложив "колокольчик" на массив поступающих на накопление оцифрованных данных.
может быть из за низкой производительности микроконтролёра ...
Да... Имеется жесткое ограничение во времени принятия решения. Если, частота принятия решения менее 10...20Гц, то она становится заметна оператору (прибор становится "тормознутым")...

Ясна там всё.

Не подскажите какой именно ФВЧ применять здесь?
частота среза такого фильтра какой должен быть ?