Металлоискатель

Металлоискатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

В. И. Смирнов (72) Автор. изобретения (54) МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ

Изобретение относится к бесконтактным устройствам обнаружения скрытых металлических предметов и может быть использовано для поиска металлопроводов, расположенных под землей.

Известно устройство для определения типа и массы обнаруженного металлопровода, содержащее звуковой генератор, возбуждающую катушку, подключенную к генератору, последовательно соединенные приемную катушку, усилитель, фазовый детектор, усилитель мощности и телефонные наушники, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор и индикатор, причем управление фазовых детектора и дискриминатора осуществляется от. генератора через возбуждающую катушку glj

Недостатком известного .устройства является то, что величину массы металлопровода определяют по амплитуде принятого синфазного сигнала, величина которого зависит как от массы металлопровода, так и от глубины его запегания, т. е. от расстояния между антен- ной системой и металлопроводом.

При этом величина амплитуды обратно пропорш ональна квадрату этого расстояния и пропорциональна массе металS лопровода. Без определения глубины залегания металлопровода определить массу металлопровода с необходимой точностью невозможно.

Наиболее близким по технической î сущности к предлагаемому изобретению является металлоискатель, содержащий совмещенную индукционную систему, состоящую из возбуждающей катушки, расположенной горизонтально, приемной

15 антенны, выполненной в виде .трех последовательно включенных и горизонталь но расположенных катушек, две из которых установлены параллельно возбуждак>20 шей, имеют одинаковые индуктивности и включены встречно, а третья установлена на продолжении оси возбуждающей катушки, и одной вертикально расположенной катушки, двух последовательно

3 911 соединенных катушек ориентации индукционной системы, установленных вертикально, центры осей которых расположень1 в горизонтальной плоскости, проходящей через ось возбуждающей катушки, а плоскость, проходящая через оси вертикально установленных катушек ориентации индукционной системы, перпендикулярна оси возбуждающей катушки, катушки поиска трассы„а также генератор переменного напряжения, подключенный к возбуждающей катушке, и усилительно-измерительный блок, подключенный к выводам катушек 23

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет измерять тип металла и массу металлопровода.

Цель изобретения - расширение функ- циональных возможностей устройства эа счет измеренИя массы и типа металла, повышение скорости и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в металлоискателе, содержащем совмещенную индукционную систему, состоящую из возбуждающей катушки, расположенной горизонтально, приемной антены, выполненной в виде трех после. довательно включенных и горизонтально расположенных катушек, две из которых установлены параллельно возбуждающей, имеют одинаковые индуктивности и включены встречно, а третья установлена на продолжении оси возбуждающей катушки, и одной вертикально расположенной катушки, двух последовательно соединенных катушек ориентации индукционной .системы, установленных вертикально,. центры осей которых расположены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось возбуждающей катушки, а плоскость, проходящая черев оси вертикально установленных катушек ориентации индукционной системы, перпендикулярна оси возбуждающей катушки, а также генератор переменного напряжения, подключенный к возбуждающей катушке, и усилительно-измерительный блок, усилительно-измерительный блок выполнен в виде четырех усилителей, двух фазоврашателей, пяти амплитудных и одного фазочувствительного детекторов,.двух усилителей-ограничителей, двух сумматоров, делителя напряжения, квадратора, умножителя, источника постоянного напряжения, измерительного прибора, переключателя и регистрирующего устройства, причем выходы горизонтальных и вертикальной катушек

416

4 приемной антенны через первые и вторые усилители и амплитудные детекторы соединены с входами делителя напряжений, при этом выход одного иэ

5 указанных усилителей соединен с первым входом первого сумматора непосредственно, а выход другого - с вторым входом первого сумматора через первый фвзоврашатель, выход генератора переменного напряжения соединен через второй фазоврашатель и первый усилитель-ограничитель с опорным входом фаэочувствительного детектора, измерительный вход которого соединен через

15 второй усилитель-ограничитель с выходом первого усилителя, а выход - с первым входом регистрирующего устройства и первым контактом переключателя, выход сумматора соединен через третий амплитудный детектор с первым входом ум20 ножителя, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, соединенного первым входом с источником постоянного напряжения и вторым вхо25 дом с выходом квадратора, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, вторым входом регистрирующего устройства и вторым контактом переключателя, выход умножителя соединен с третьим входом регистрирующего

30 устройства и третьим контактом переключателя, четвертый контакт которого соединея через четвертый амплитудный детектор и третий усилитель с выводом первой катушки ориентации, пятый контакт переключателя соединен с общим выводом катушек ориентации через пятый амплитудный детектор и четвертый усилитель, вывод второй катушки ориен» тации соединен с вторыми входами третьего и четвертого усилителей, а измерительный прибор соединен с общим контактом переключателя.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема распс ложения элементов антенной системы, вид сверху; нв фиг. 3 - схема расположения антенной системы над металлопроводом для измерения.

Металлоискатель содержит:генератор 1 переменного напряжения, возбуждающую катушку 2, горизонтальные 3, 4 и 5 и вертикальную. 6 катушки приемной антенны, первый-четвертый усилители 7- 10, первый-пятый амплитудный детекторы

55 11 15, первый и второй фаэоврашатели

16 и 17, первый и второй усилителиограничители 18 и 19, первый и второй сумматоры 20 и 21, умножитель 22, 5 9114 делитель 23 напряжения, кввдратор 24, фвэочувствительный детектор 25, катушки 26 и 27 ориентации индукционной системы, измерительный прибор 28, регистрирующее устройство 29, переключатель 30 и источник 31 постоянного напряжения, Устройство работает следующим образом.

При подходе к трассе металлопровода нв вертиквльных катушках 26 и 27, ориентации индукционной системы, соединенных между собой последовательно встречно, возникает напряжение, наводимое вторичным полем метвллопровода.

Если расстояние от катушек до металлопровода различно, то на выводах катушек 26 и 27 появится разностное напряжение, которое усиливается третьим усилителем 9 и детектируется амплитудным детектором 14.

Поворачивая антенную систему вокруг вертикальной оси, добиваются нв выводах катушек 26 и 27 нулевого напряжения и продолжают движение перпендикулярно плоскости, проходящей через оси этих катушек, при этом измерительный прибор 28 подключают к выходу катушки 27, выходное напряжение которой усиливается четвертым усилите-. лем 10 и детектриуется.пятым амплитудным детектором 15 до получения нулевого напряжения. В этом положении производят измерение. Вторичное поле наводит ЭДС на горизонтальной и вер35 тиквльной катушках 5 (L5 ) и 6 (I )

При этом величина ЭДС на горизонтальной 5 (Lg) приемной антенны равна

" 5

E - 0056, твк как катушки Зи4

5 р5Е имеют равную индуктивность и включены встречно, и на вертикальной катушке

М

ЮШ4 а их отношение

Eg

2 .,Ед ., так как lg =. 4y где

К - коэффициент пропорциональности, - ток в катушке, u) - частота тока возбуждения, а - - расстояние от прием50 ных катушек до металлопровода. Но

tgd.= >, где CI - расстояние между центром возбуждающей катушки и центром вертикальной приемной катушки, h - глу бина аапагании матаппопроиода, отсюда

И н, т.а. глубина аапаганин

5 матвллофоиода пропорпионапьна отношению напряжений горизонтальной и

16 6 вертикальной катушки. Напряжения го риэонтальных 3, 4 и 5 и вертикальной 6 катушек после усиления соответственио первым и вторым усилителями 7, 8 н детектирования соответствующими амплитудными детекторами 11 и 12 подают нв вход делителя 23 напряжения, на выходе которого получают напряжение, пропорциональное глубине залегания кабеля

Одновременно напряжение выхода первого усилителя 7 подают на вход второго усилителя-ограничителя 19, которое после усиления и ограничения подают нв измерительный вход фазочувсжительного детектора 25, на опорный вход которого подают напряженке с выхода генератора 1 через второй фазо», вращатель 17 и первый усилитель-огра ничитель 18, на выходе фаэовращвтель» ного детектора 25 получают наарямюиие, пропорциональное разности фаз между напряжением генератора и напряжением, созданным зв счет вторичного тока ме талл опровода.

Сдвиг фаэ обусловлен тем, что вто ричное электромагнитное поле, создаваемое металлами с магнитными свойствамии отстает на 90о, а немат нитными опережает нв 90 напряжение генерато ра 1. По величине и знаку сдвига фаз определяют, какой тип металла испорть. эовен в металлопроводе. При сочетании магнитных и немагнитиых металлов сдвиг фаз составляет+ — 7 Ч 7- — . ОдУ

1 новременно напряжение с выхода первого усилителя 7 подают на первый вход пер вого сумматора 20, на второй вход которого подают напряжение с выхода второго усилителя 8 через фвзоврашвтель

16. Выходное напряжение этого сумматора равно U

1ю Эи ( где yn - масса метвллопроводв, и которое детектируют третьим амплитудным детектором 13 и подают на вход умножителя 22, на второй вход умножителя подают напряжение, равное сумме напряжений Q пропорциональное квадрату глубины залегания металлопроводв, и 0, пропорш ональное a1 задаваемое источнии ком постоянного напряжения. Такую сумму напряжений получают на выходе второго сумматора 21, один из входов которого соединен с выходом квадрвтора 24, а другой вход - с выходом источника 3 1 постоянного напряжения.

Выход второго сумматора 21 подключен к второму входу умножителя 22.

911416 8 величина которого не зависит от расстояния до металлопровода. При постоянных значениях величин К,, о, величина напряжения зависит только от массы металлопровода. Измерительный прибор

28 позволяет контролировать положение металлоискателя относительно металлопровода, как указывалось, и производимые измерения при подключении переключателя 30 в соответствуюшее поло55

На выходе умножителя получают напряжение k4V3N4

, г = ke3NL ьых жение.

Pоложительный эффект предлагаемого TPOflCTB& СОСТОИТ В ТОМ, ЧТО ОНО ПОЗ воляет повысить скорость измерения при одновременном повышении точности этих измерений эа счет обеспечения одновре-.. менного измерения глубины залегания металлопроводов, его массы и магнитных свойств металлопровода, т. е. соотношения магнитных и немагнитных металлов в металлопроводе.

Кроме того, устройство позволяет отличить заранее измеренный по этим параметрам металлопровод от других, расположенных в данном районе, а при наличии вставок металла, отличаюшихся от основного металла магнитными свойствами или массой, определить их местоположение.

Формула изобретения

Металлоискатель, содержаший совмешенную индукционную систему, состоящую из возбуждаюшей катушки, расположенной горизонтально, приемной антенны, выполненной в виде трех последовательно включенных и горизонтально расположенных.катушек, две из которых установлены параллельно возбуждаюшей, имеют одинаковые индуктивности и включены встречно, а третья установлена на продолжении оси возбуждаюшей катушки, и одной вертикально расположенной катушки, двух последовательно соединенных катушек ориентации индукционной системы, установленных вертикально, центры осей которых расположены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось возбумщаюшей катушки, а плоскость, проходящая через оси вертикально установленных катушек ориентации индукционной системы, перпендику10

50 лярна оси возбуждаюшей катушки, а также генератор переменного напряжения, подключенный к возбуждающей катушке, и усилительно-измерительный блок, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения массы и типа металла, повышения скорости и точности измерений, усилительно-измерительный блок выполнен в виде четырех усилителей, двух фазоврашателей, пяти амплитудных и одного фазочувствительного детекторов, двух усилителей-ограничителей, двух сумматоров, делителя напряжения, квадратора, умножителя, источника постоянного напряжения, измерительного прибора, переключателя и регистрируюшего устройства, причем выходы горизонтальных и вертикальной катушек приемной антенны через первые и вторые усилители и амплитудные детекторы соединены с входами делитеns напряжений, при этом выход одного из указанных усилителей соединен с первым входом первого сумматора непосредственно, а выход другого — с вторым входом первого сумматора через первый фазоврашатель, выход генератора переменного напряжения соединен через второй фазовращатель и первый усилительограничитель с опорным входом фазочувствительного детектора, измеритегп ный вход которого соединен через второй усилитель-ограничитель с выходом первого усилителя, а выход - с первым входом регистрируюшего устройства и первым контактом переключателя, выход первого сумматора соединен через третий амплитудный детектор с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, соединенного первым входом с источником постоянного напряжения и вторым входом с выходом квадратора, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, вторым входом регистрируюшего устройства и вторым контактом переключателя, выход умножителя соединен с третьим входом регистрирующего.устройства н третьим контактом переключателя, четвертый контакт которого соединен через четвертый амплитудный детектор и третий усилитель с выводом первой катушки ориентацйи, пятый контакт переключателя соединен с обшим выводом катушек ориентации через пятый амплитудный детектор и четвертый усилитель, вывод второй катушки ориентации соединен с вторыми входами третьего

911416

1О и четвертого усилителей, а измерительный прибор соединен с обшим контактом переключа теля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании № 1540235, кл. Ci 1 N, опублик. 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Щ 2827663/18-25, S кл. G 01Ч 3/10. 09.10.79 (прототип).

911416

Составитель В. Майоршин

Редактор Т. Кугрышева Техред С. Мигунова Корректор Л. Бокшан

Заказ 1 1 17/35 Тираж 7 19 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаа наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4