Металлоискатель

(54) МЕТАЛЛОИСКАТЕЛ 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 металло- провода, 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 11Недостатком 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 антенной системой и металлопроводом.При этом величина амплитуды обратно пропоршональна квадрату этого расстояния и пропорциональна массе металлопровода. Без определения глубины залегания металлопровода определить массуметаллопровода с необходимой точностьюневозможно.Наиболее близким по технической осущности к предлагаемому изобретениюявляется металлоискатель, содержащийсовмещенную индукционную еис тему,состоящую из возбуждающей катушки,расположенной горизонтально, приемной 5антенны, выполненной в виде трех последовательно включенных и горизонтально расположенных катушек, две из которых установлены параллельно возбуждающе.20щей, имеют одинаковые индуктивностии включены встречно, а третья установлена на продолжении оси возбуждающейкатушки, и одной вертикально расположенной асатушки, двух последовательно3 911 соединенных катушек ориентации индукционной системы, установленных вертикально, центры осей которых расположень 1 в горизонтальной плоскости, проходяшей через ось возбуждающей катушки, а плоскость, проходящая через оси вертикально установленных катушек ориентации индукционной системы, перпендикулярна оси воэбуждаюшей катушки, катушки поиска трассыа также генератор переменного напряжения, подключенный к возбуждаюшей катушке, и усилительно-измерительный блок, подключенный к выводам катушек 23Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет измерять тип металла и массу металлопровода.Цепь 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, состояшую 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 котррых расположены в горизонтальной плоскости, проходяшей через ось возбуждающей катушки, а плоскость, проходяшая черее оси вертикально установленных катушек ориентации индукционной системы, перпендикулярна оси возбуждаюшей 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 катуцек 4164 приемной антенны через первые и вторые усилители и амплитудные детекторы соединены с входами делителя напряжений, при этом выход одного иэ5укаэанных усилителей соединен с первым входом первого сумматора непосредственно, а выход другого - с вторымвходом первого сумматора через первыйфазоврашатель, выход генератора переменного напряжения соединен черезвторой фазоврашатель и первый усилитель-ограничитель с опорным входомфаэочувствительного детектора, измерительный вход которого соединен через15второй усилитель-ограничитель с выходомпервого усилителя, а выход - с первымвходом регистрируюшего устройства ипервым контактом переключателя, выходсумматора соединен через третий амплитудный детектор с первым входом ум 20ножителя, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, соединенного первым входом с источникомпостоянного напряжения и вторым вхо 25дом с выходом квадратора, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, вторым входом регистрируюшего устройства и вторым контактомпереключателя, выход умножителя соединен с третьим входом регистрирующего30устройства и третьим контактом переключателя, четвертый контакт которогосоединея через четвертый амплитудныйдетектор и третий усилитель с выводомпервой катушки ориентации, пятый контакт переключателя соединен с общимвыводом катушек ориентации через пятый амплитудный детектор и четвертыйусилитель, вывод второй катушки ориентации соединен с вторыми входами тре 0 тьего и четвертого усилителей, а измерительный прибор соединен с обшимконтактом переключателя.На фиг. 1 изображена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - схема распсьложения элементов антенной системы,вид сверху; на фиг, 3 - схема расположения антенной системы над металлопроводом для измерения,Металлоискатель содержит:генератор 150 переменного напряжения, возбуждающуюкатушку 2, горизонтальные 3, 4 и 5 ивертикальную. 6 катушки приемной антенны, первый-четвертый усилители 7- 10,первый-пятый амплитудный детекторы55 11 15, первый и второй фаэоврашатели16 и 17, первый и второй усилителиограничители 18 и 19, первый и второйсумматоры 20 и 21, умножитель 22,5 9114делитель 23 напряжения, квадратор 24,фаэочувствительный детектор 25, катушки 26 и 27 ориентации индукционнойсистемы, измерительный прибор 28, регистрирующее устройство 29, переключатель 30 и источник 31 постоянногонапряжения,Устройство работает следующим образом,При подходе к трассе металлопроводана вертикальных катушках 26 и 27,ориентации индукционной системы, соединенных между собой последовательновстречно, возникает напряжение, наводимое вторичным полем метаплопровода.Если расстояние от катушек до металлопровода различно, то на выводах катушек 26 и 27 появится разностноенапряжение, которое усиливается третьимусилителем 9 и детектируется амплитудным детектором 14.Поворачивая антенную систему вокругвертикальной оси, добиваются на выводах катушек 26 и 27 нулевого напряжения и продолжают движение перпендикулярно плоскости, проходящей черезоси этих катушек, при этом измерительный прибор 28 подключают к выходукатушки 27, выходное напряжение которой усиливается четвертым усилите+лем 10 и детектриуется.пятым амплитудным детектором 15 до получениянулевого напряжения, В этом положениипроизводят измерение.Вторичное поленаводит ЭДС на горизонтальной и вер 35тикальной катушках 5 ( Ь 5 ) и 6 ,).При этом величина ЭДС на горизонтальной 5 ) приемной антенны равна5Е - С 05 до, так как катушки Зи 45 рЪимеют равную индуктивность и включенывстречно, и на вертикальной катушкеуЮМ дЬ а их отношениеЕ,2Я= %, так как 5 = 4( гдеК - коэффициент пропорциональности,3 - ток в катушке, Ш - частота токавозбуждения, а р -расстояние от прием 50ных катушек до металлопровода. НоЬ(ЙУ, где О - расстояние междуцентром возбуждающей катушки и центромвертикальной приемной катушки, Ъ - глубина еепеганнп метаппопронода, отсюдаЬ и , т,е. глубина аапеганннбметвлло+оеода пропорпнонапена отношению напряжений горизонтальной и 16 6вертикальной катушки. Напряжения го риэонтальных 3, 4 и 5 и вертикальной 6 катушек после усиления соответстэенВо первым и вторым усилителями 7, 8 н детектирования соответствующими амплитудными детекторами 11 и 12 подают на вход делителя 23 напряжения, на выходе которого получают напряжение, пропорциональное глубине залегания кабеля (0).Одновременно напряжение выхода первого усилителя 7 подают на вход второго усилителя-ограничителя 19, которое после усиления и ограничения подают на измерительный вход фазочувсжи тельного 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 фаэовращатель ного детектора 25 получают напряиеииет пропорциональное разности фаз между напряжением генератора и напряжением, созданным за счет вторичного тока металлопровода. Сдвиг фаэ обусловлен тем, что вто ричное электромагнитное поле, создаваемое металлами с магнитными свойствамиа отстает на 90, а нематнитными опережает на 90 о напряжение генерато ра 1. По величине и знаку сдвига фаз определяют, какой тип металла испорть . эовен в металлопроводе. При сочетаниимагнитных и немагнитных металлов сдвиг фаз составляет+ - 7 Ч 7- - . Од 7новременно 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 фазовращатель 16. Выходное напряжение этого сумматора равно О:1 Е ЭИ ду где г - масса металлопровода, и которое детектируют третьим амплитудным детектором 13 и подают на вход умножителя 22, на второй вход умножителя подают напряжение, равное сумме напряжений О, пропорциональное квадрату глубины залегания металлопровода, и Од, пропоршональное а 1 задаваемое источником постоянного напряжения, Такую сумму напряжений получают на выходе второго сумматора 21, один из входов которого соединен с выходом квадратора 24, а другой вход - с выходом источника 3 1 постоянного напряжения, Выход второго сумматора 21 подключен к второму входу умножителя 22.На выходе умножителя получают напряжение11 т 3 м 1О: 1 г 1 ФЗЖ ,Ы 1величина которого не зависит от расстояния до металлопровода. При постоянных значениях величин К, , ш,величина напряжения зависит только от массы металлопровода, Измерительный прибор 28 позволяет контролировать положение металлоискателя относительно металло- провода, как указывалось, и производимые измерения при подключении переключателя 30 в соответствующее положение,Голожительный эффект предлагаемогоустройства состоит в том, что оно позволяет повысить скорость измерения приодновременном повышении точности этихизмерений эа счет обеспечения одновре-менного измерения глубины залеганияметаллопроводов, его массы и магнитных свойств металлопровода, т. е.соотношения магнитных и немагнитныхметаллов в металлопроводе.Кроме того, устройство позволяетотличить заранее измеренный по этимпараметрам металлопровод от других,расположенных в данном районе, а приналичии вставок металла, отличающихся от основного металла магнитнымисвойствами или массой, определить ихместоположение.Формула изобретенияМеталлоискатель, содержащий совмещенную индукционную систему, состоящую из возбуждающей катушки, расположенной горизонтально, приемной антенны, выполненной в виде трех последовательно 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 через оси вертикально установленных катушек ориентации индукционной системы, перпендику 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 лярна оси возбуждающей катушки, атакже генератор переменного напряжения, подключенный к возбуждающей катушке, и усилительно-измерительныйблок, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения функциональныхвозможностей за счет измерения массыи типа металла, повышения скорости и точности измерений, усилительно-измерительный блок выполнен в виде четырехусилителей, двух фазоврашателей, пятиамплитудных и одного фазочувствительного детекторов, двух усилителей-ограничителей, двух сумматоров, делителянапряжения, квадратора, умножителя,источника постоянного напряжения, измерительного прибора, переключателяи регистрирующего устройства, причемвыходы горизонтальных и вертикальнойкатушек приемной антенны через первые и вторые усилители и амплитудныедетекторы соединены с входами делителя напряжений, при этом выход одногоиз указанных усилителей соединен с первым входом первого сумматора непосредственно, а выход другого - с вторымвходом первого сумматора через первыйфазоврашатель, выход генератора переменного напряжения соединен через второй фазовращатель и первый усилительограничитель с опорным входом фазочувствительного детектора, измерительный вход которого соединен через второйусилитель-ограничитель с выходом первого усилителя, а выход - с первымвходом регистрирующего устройства ипервым контактом переключателя, выходпервого сумматора соединен через третий амплитудный детектор с первым входомумножителя, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, соединенного первым входом с источникомпостоянного напряжения и вторым входом с выходом квадратора, вход которогосоединен с выходом делителя напряжения,вторым входом регистрирующего устройства и вторым контактом переключателя, выход умножителя соединен стретьим входом регистрирующего.устройства и третьим контактом переключателя, четвертый контакт которого соединен через четвертый амплитудный детектор и третий усилитель с выводом первой катушки ориентацйи, пятый контактпереключателя соединен с общим выводом катушек ориентации через пятыйамплитудный детектор и четвертый усилитель, вывод второй катушки ориентации соединен с вторыми входами третьегои четвертого усилителей, а измерительный прибор соединен с обшим контактом переключателя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Великобритании1540235, кл. б 1 М, опублик. 1979. 2, Авторское свидетельство СССР по заявке Щ 2827663/18-25,5 кл. Ь 01 Ч 3/10, 09.10.79 (прототип).911416 Составитель В. Майоршинпиева Техред С, Мигунова Корректор Л. БокшФ Редакто каэ 1117/35 Тираж 719 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж-ЗВ, Ра