|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Magnetometr różnicowy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / wykrywacz metalu Magnetometr różnicowy, na który zwracamy uwagę, może być bardzo przydatny do wyszukiwania dużych obiektów żelaznych. Poszukiwanie skarbów za pomocą takiego urządzenia jest prawie niemożliwe, ale jest niezbędne przy poszukiwaniach płytko zatopionych czołgów, statków i innego rodzaju sprzętu wojskowego. Zasada działania magnetometru różnicowego jest bardzo prosta. Każdy obiekt ferromagnetyczny zniekształca naturalne pole magnetyczne Ziemi. Przedmioty te obejmują wszystko, co jest wykonane z żelaza, żeliwa i stali. Na zniekształcenie pola magnetycznego może również znacząco wpływać własne namagnesowanie obiektów, które często występuje. Po zarejestrowaniu odchylenia natężenia pola magnetycznego od wartości tła można stwierdzić, że w pobliżu urządzenia pomiarowego znajduje się przedmiot wykonany z materiału ferromagnetycznego. Zniekształcenie pola magnetycznego Ziemi daleko od celu jest niewielkie i szacuje się je na podstawie różnicy sygnałów z dwóch czujników oddalonych od siebie o pewną odległość. Dlatego urządzenie nazywa się różnicowym. Każdy czujnik mierzy sygnał proporcjonalny do natężenia pola magnetycznego. Najszerzej stosowane są czujniki ferromagnetyczne oraz czujniki wykorzystujące precesję magnetyczną protonów. W omawianym urządzeniu zastosowano czujniki pierwszego typu. Podstawą czujnika ferromagnetycznego (zwanego także bramką strumieniową) jest cewka z rdzeniem wykonanym z materiału ferromagnetycznego. Typowa krzywa namagnesowania takiego materiału jest dobrze znana ze szkolnych zajęć z fizyki i biorąc pod uwagę wpływ pola magnetycznego Ziemi, ma postać pokazaną na rys. 29.
Cewka jest wzbudzana przez przemienny sinusoidalny sygnał nośny. Jak widać z rys. 29 przesunięcie krzywej magnesowania rdzenia ferromagnetycznego cewki przez zewnętrzne pole magnetyczne Ziemi powoduje, że indukcja pola i związane z nią napięcie na cewce zaczynają być odkształcane w sposób asymetryczny. Innymi słowy, napięcie czujnika przy sinusoidalnym prądzie o częstotliwości nośnej będzie się różnić od sinusoidy bardziej „spłaszczonymi” wierzchołkami półfali. A te zniekształcenia będą asymetryczne. W języku analizy spektralnej oznacza to pojawienie się w widmie napięcia wyjściowego cewki parzystych harmonicznych, których amplituda jest proporcjonalna do siły polaryzacji pola magnetycznego (pola ziemskiego). To właśnie te parzyste harmoniczne trzeba „złapać”.
Zanim wspomnimy o detektorze synchronicznym, który w naturalny sposób sugeruje się do tego celu, pracującym z sygnałem referencyjnym o dwukrotnie większej częstotliwości nośnej, rozważmy konstrukcję skomplikowanej wersji czujnika ferromagnetycznego. Składa się z dwóch rdzeni i trzech cewek (ryc. 30). W istocie jest to czujnik różnicowy. Jednak dla uproszczenia w dalszej części tekstu nie będziemy go nazywać różnicowym, gdyż sam magnetometr jest już różnicowy :). Konstrukcja składa się z dwóch identycznych rdzeni ferromagnetycznych z identycznymi cewkami ułożonymi równolegle obok siebie. W stosunku do wzbudzającego sygnału elektrycznego o częstotliwości odniesienia są one połączone przeciwprądowo. Trzecia cewka jest uzwojeniem nawiniętym na pierwsze dwie cewki rdzenia złożone razem. W przypadku braku zewnętrznego polaryzującego pola magnetycznego, sygnały elektryczne pierwszego i drugiego uzwojenia są symetryczne i w idealnym przypadku działają w taki sposób, że w trzecim uzwojeniu nie ma sygnału wyjściowego, ponieważ przepływające przez nie strumienie magnetyczne są całkowicie kompensowane . W obecności zewnętrznego polaryzującego pola magnetycznego obraz się zmienia. Najpierw jeden lub drugi rdzeń na szczycie odpowiedniej półfali „wpada” w nasycenie głębsze niż zwykle z powodu dodatkowego wpływu ziemskiego pola magnetycznego. W rezultacie na wyjściu trzeciego uzwojenia pojawia się podwójny sygnał niedopasowania częstotliwości. Podstawowe sygnały harmoniczne są tam idealnie w pełni kompensowane. Wygoda rozważanego czujnika polega na tym, że jego cewki można włączyć w obwody oscylacyjne w celu zwiększenia czułości. Pierwszy i drugi - w obwód (lub obwody) oscylacyjny dostrojony do częstotliwości nośnej. Trzeci - w obwód oscylacyjny dostrojony do drugiej harmonicznej. Opisany czujnik ma wyraźny wzór promieniowania. Jego sygnał wyjściowy jest maksymalny, gdy oś podłużna czujnika leży wzdłuż linii siły zewnętrznego stałego pola magnetycznego. Gdy oś podłużna jest prostopadła do linii sił, sygnał wyjściowy wynosi zero. Czujnik tego typu, zwłaszcza w połączeniu z detektorem synchronicznym, może z powodzeniem pełnić funkcję kompasu elektronicznego. Jego sygnał wyjściowy po prostowaniu jest proporcjonalny do rzutu wektora natężenia pola magnetycznego Ziemi na oś czujnika. Detekcja synchroniczna umożliwia znalezienie znaku tej projekcji. Ale nawet bez znaku - ustawiając czujnik zgodnie z sygnałem minimalnym, uzyskujemy kierunek na zachód lub wschód. Orientując się maksymalnie, uzyskujemy kierunek linii pola magnetycznego Ziemi. Na średnich szerokościach geograficznych (na przykład w Moskwie) biegnie ukośnie i „wbija się” w ziemię w kierunku północnym. Kąt deklinacji magnetycznej można wykorzystać do przybliżonego oszacowania szerokości geograficznej obszaru. Różnicowe magnetometry ferromagnetyczne mają swoje zalety i wady. Zaletami są prostota urządzenia, nie jest ono bardziej skomplikowane niż odbiornik radiowy z bezpośrednim wzmocnieniem. Wady obejmują złożoność produkcji czujników - oprócz dokładności wymagane jest absolutnie dokładne dopasowanie liczby zwojów odpowiednich uzwojeń. Błąd jednego lub dwóch obrotów może znacznie zmniejszyć możliwą czułość. Kolejną wadą jest „kompasowy” charakter urządzenia, czyli brak możliwości pełnego skompensowania pola ziemskiego poprzez odjęcie sygnałów z dwóch rozmieszczonych w odstępie czujników. W praktyce prowadzi to do fałszywych sygnałów przy obrocie czujnika wokół osi prostopadłej do osi podłużnej. Praktyczny projekt Zastosowano i przetestowano praktyczną konstrukcję różnicowego magnetometru ferromagnetycznego w wersji prototypowej bez specjalnej części elektronicznej do sygnalizacji dźwiękowej, wykorzystując jedynie mikroamperomierz z zerem pośrodku skali. Obwód sygnalizacji dźwiękowej można zaczerpnąć z opisu wykrywacza metalu opartego na zasadzie „transmisja-odbiór”. Urządzenie posiada następujące parametry. Główne cechy techniczne
Głębokość wykrywania:
Schemat strukturalny Schemat blokowy pokazano na rys. 31. Oscylator główny stabilizowany kwarcem wytwarza impulsy zegarowe dla kondycjonera sygnału.
Na jednym z jego wyjść znajduje się fala prostokątna pierwszej harmonicznej, która trafia do wzmacniacza mocy, który wzbudza cewki promieniujące czujników 1 i 2. Drugie wyjście generuje falę prostokątną o referencyjnej częstotliwości podwójnego taktowania z kątem 90° przesunięcie dla detektora synchronicznego. Sygnał różnicowy z uzwojenia wyjściowego (trzeciego) czujników jest wzmacniany we wzmacniaczu odbiorczym i prostowany przez detektor synchroniczny. Wyprostowany sygnał stały można rejestrować za pomocą mikroamperomierza lub za pomocą sygnalizatorów dźwiękowych opisanych w poprzednich rozdziałach. Schemat obwodu Schemat ideowy różnicowego magnetometru ferromagnetycznego pokazano na ryc. 32 - część 1: oscylator główny, kondycjoner sygnału, wzmacniacz mocy i cewki promieniujące, rys. 33 - część 2: cewki odbiorcze, wzmacniacz odbiorczy, detektor synchroniczny, wskaźnik i zasilacz.
Oscylator główny jest montowany na falownikach D1.1-D1.3. Częstotliwość generatora jest stabilizowana przez rezonator kwarcowy lub piezoceramiczny Q o częstotliwości rezonansowej 215 Hz = 32 kHz („kwarc zegarowy”). Obwód R1C1 zapobiega wzbudzaniu generatora wyższymi harmonicznymi. Obwód OOS jest zamykany przez rezystor R2, a obwód POS jest zamykany przez rezonator Q. Generator jest prosty, ma niski pobór prądu, pracuje niezawodnie przy napięciu zasilania 3...15 V, nie zawiera elementów strojonych ani rezystorów o zbyt dużej rezystancji. Częstotliwość wyjściowa generatora wynosi około 32 kHz. Kondycjoner sygnału (rys. 32) Kondycjoner sygnału jest montowany na liczniku binarnym D2 i przerzutniku D3.1. Rodzaj licznika binarnego nie ma znaczenia, jego głównym zadaniem jest podzielenie częstotliwości zegara przez 2, 4 i 8, uzyskując w ten sposób meandry o częstotliwościach odpowiednio 16, 8 i 4 kHz. Częstotliwość nośna do wzbudzenia cewek emitujących wynosi 4 kHz. Sygnały o częstotliwościach 16 i 8 kHz działające na przerzutnik D3.1 tworzą na jego wyjściu falę prostokątną podwojoną w stosunku do częstotliwości nośnej 8 kHz, przesuniętą o 90° w stosunku do sygnału wyjściowego 8 kHz licznika binarnego. Takie przesunięcie jest konieczne do normalnej pracy detektora synchronicznego, ponieważ to samo przesunięcie powoduje użyteczny sygnał niedopasowania podwójnej częstotliwości na wyjściu czujnika. Druga połowa mikroukładu dwóch przerzutników D - D3.2 nie jest używana w obwodzie, ale jej nieużywane wejścia muszą być podłączone do logicznego 1 lub logicznego 0 w celu normalnej pracy, co pokazano na schemacie. Wzmacniacz (rys. 32) Wzmacniacz mocy na pierwszy rzut oka na to nie wygląda i reprezentuje jedynie potężne falowniki D1.4 i D1.5, które w przeciwfazie poruszają obwodem oscylacyjnym składającym się z połączonych szeregowo równolegle cewek promieniujących czujnika i kondensatora C2. Gwiazdka obok wartości kondensatora oznacza, że jego wartość jest podana w przybliżeniu i należy ją wybrać podczas konfiguracji. Nieużywany falownik D1.6, aby nie pozostawić niepodłączonego wejścia, odwraca sygnał D1.5, ale praktycznie pracuje „na biegu jałowym”. Rezystory R3 i R4 ograniczają prąd wyjściowy falowników do akceptowalnego poziomu i wraz z obwodem oscylacyjnym tworzą wysokiej jakości filtr pasmowo-przepustowy, dzięki czemu kształt napięcia i prądu w cewkach emitujących czujnik prawie się pokrywa z sinusoidalnym. Wzmacniacz odbiorczy (rys. 33) Wzmacniacz odbiorczy wzmacnia sygnał różnicowy pochodzący z cewek odbiorczych czujnika, które wraz z kondensatorem C3 tworzą obwód oscylacyjny dostrojony do podwójnej częstotliwości 8 kHz. Dzięki rezystorowi dostrajającemu R5 sygnały z cewek odbiorczych są odejmowane z określonymi współczynnikami ważenia, które można zmieniać przesuwając suwak rezystora R5. Pozwala to na kompensację nieidentycznych parametrów uzwojeń odbiorczych czujnika i minimalizację jego „kompasu”. Wzmacniacz odbiorczy jest dwustopniowy. Jest montowany przy użyciu wzmacniaczy operacyjnych D4.2 i D6.1 z równoległym sprzężeniem zwrotnym napięcia. Kondensator C4 zmniejsza wzmocnienie przy wyższych częstotliwościach, zapobiegając w ten sposób przeciążeniu ścieżki wzmocnienia zakłóceniami o wysokiej częstotliwości z sieci elektroenergetycznych i innych źródeł. Obwody korekcji wzmacniacza operacyjnego są standardem. Detektor synchroniczny (rys. 33) Detektor synchroniczny jest wykonany przy użyciu wzmacniacza operacyjnego D6.2 zgodnie ze standardowym obwodem. Jako przełączniki analogowe zastosowano multiplekser-demultiplekser-demultiplekser D5 CMOS 8 na 1 (ryc. 32). Jego cyfrowy sygnał adresowy jest przesuwany tylko w najmniej znaczącym bicie, zapewniając naprzemienne przełączanie punktów K1 i K2 na wspólną szynę. Wyprostowany sygnał jest filtrowany przez kondensator C8 i wzmacniany przez wzmacniacz operacyjny D6.2 z jednoczesnym dodatkowym tłumieniem niefiltrowanych komponentów RF przez obwody R14C11 i R13C9. Obwód korekcji wzmacniacza operacyjnego jest standardem dla zastosowanego typu.
wskaźnik (rys. 33) Wskaźnikiem jest mikroamperomierz z zerem na środku skali. Część wskaźnikowa może z powodzeniem wykorzystywać obwody innych typów wykrywaczy metali opisanych wcześniej. W szczególności jako wskaźnik można zastosować konstrukcję wykrywacza metalu opartą na zasadzie elektronicznego miernika częstotliwości. W tym przypadku oscylator LC zostaje zastąpiony oscylatorem RC, a zmierzone napięcie wyjściowe jest podawane przez dzielnik rezystancyjny do obwodu ustawiania częstotliwości timera. Więcej na ten temat można przeczytać na stronie Jurija Kołokołowa. Układ D7 stabilizuje jednobiegunowe napięcie zasilania. Wzmacniacz operacyjny D4.1 tworzy sztuczny zasilacz punktu środkowego, umożliwiając wykorzystanie konwencjonalnych obwodów bipolarnego wzmacniacza operacyjnego. Ceramiczne kondensatory blokujące C18-C21 montowane są w pobliżu obudów mikroukładów cyfrowych D1, D2, D3, D5. Rodzaje i konstrukcja części Rodzaje zastosowanych mikroukładów podano w tabeli. 6. Tabela 6. Rodzaje zastosowanych mikroukładów
Zamiast mikroukładów serii K561 można zastosować mikroukłady serii K1561. Możesz spróbować użyć niektórych mikroukładów z serii K176 lub zagranicznych analogów z serii 40ХХ i 40ХХХ. Podwójne wzmacniacze operacyjne (wzmacniacze operacyjne) serii K157 można zastąpić dowolnymi wzmacniaczami operacyjnymi ogólnego przeznaczenia o podobnych parametrach (z odpowiednimi zmianami w obwodach pinów i korekcji). Nie ma specjalnych wymagań dotyczących rezystorów stosowanych w obwodzie magnetometru różnicowego. Muszą jedynie mieć trwałą i miniaturową konstrukcję oraz być łatwe w montażu. Nominalne straty mocy 0,125...0,25 W. Potencjometry R5, R16 najlepiej są wieloobrotowe, aby ułatwić precyzyjną regulację urządzenia. Uchwyt potencjometru R5 musi być wykonany z tworzywa sztucznego i mieć odpowiednią długość, aby dotyk dłoni operatora podczas regulacji nie powodował zmian wskazań wskaźników na skutek zakłóceń. Kondensator C16 - elektrolityczny dowolnego typu o małych rozmiarach. Kondensatory obwodów oscylacyjnych C2* i C3* składają się z kilku (5-10 szt.) kondensatorów połączonych równolegle. Dostrajanie obwodu do rezonansu odbywa się poprzez wybór liczby kondensatorów i ich wartości znamionowych. Zalecany typ kondensatorów K10-43, K71-7 lub zagraniczne analogi termostabilne. Możesz spróbować użyć konwencjonalnych kondensatorów ceramicznych lub metalowych, jednak jeśli temperatura się zmienia, będziesz musiał częściej regulować urządzenie. Mikroamperomierz - dowolny typ dla prądu 100 μA z zerem na środku skali. Wygodne są mikroampery o małych rozmiarach, na przykład typ M4247. Można zastosować niemal każdy mikroamperomierz, a nawet miliamperomierz – z dowolnym limitem skali. Aby to zrobić, należy odpowiednio dostosować wartości rezystorów R15-R17. Rezonator kwarcowy Q - dowolny mały kwarcowy zegarek (podobne są również używane w przenośnych grach elektronicznych). Przełącznik S1 - dowolny typ, kompaktowy. Cewki czujników wykonane są na okrągłych rdzeniach ferrytowych o średnicy 8 mm (stosowanych w antenach magnetycznych odbiorników radiowych z zakresu CB i DV) i długości około 10 cm, każde uzwojenie składa się z 200 zwojów miedzianego drutu nawojowego o średnicy o średnicy 0,31 mm, równomiernie i szczelnie owinięty w dwóch warstwach w podwójną izolację lakierowo-jedwabną. Na wszystkie uzwojenia nałożona jest warstwa folii ekranowej. Krawędzie ekranu są odizolowane od siebie, aby zapobiec powstaniu zwarcia. Wyjście ekranu wykonane jest z ocynowanego jednożyłowego drutu miedzianego. W przypadku ekranu z folii aluminiowej końcówkę tę umieszcza się na ekranie na całej jego długości i szczelnie owinie taśmą izolacyjną. W przypadku ekranu wykonanego z folii miedzianej lub mosiężnej, zacisk jest lutowany. Końce rdzeni ferrytowych zamocowane są w fluoroplastycznych krążkach centrujących, dzięki czemu każda z dwóch połówek czujnika jest trzymana wewnątrz plastikowej rurki wykonanej z tekstolitu, która służy jako obudowa, jak pokazano schematycznie na ryc. 34.
Długość rurki ok. 60 cm Każda z połówek czujnika znajduje się na końcu rurki i dodatkowo mocowana jest uszczelniaczem silikonowym, który wypełnia przestrzeń wokół uzwojeń i ich rdzeni. Napełnianie odbywa się poprzez specjalne otwory w korpusie rury. Wraz z podkładkami fluoroplastycznymi taki uszczelniacz nadaje mocowaniu delikatnych prętów ferrytowych niezbędną elastyczność, co zapobiega ich pękaniu podczas przypadkowych uderzeń. Konfiguracja urządzenia 1. Upewnij się, że instalacja jest prawidłowa. 2. Sprawdź pobór prądu, który nie powinien przekraczać 100 mA. 3. Sprawdź poprawność działania oscylatora głównego i pozostałych elementów generowania sygnału impulsowego. 4. Skonfiguruj obwód oscylacyjny czujnika. Emisja - przy częstotliwości 4 kHz, odbiór - przy 8 kHz. 5. Upewnij się, że tor wzmacniający i detektor synchroniczny działają poprawnie. Praca z urządzeniem Procedura konfiguracji i obsługi urządzenia jest następująca. Wychodzimy na stronę wyszukiwania, włączamy urządzenie i zaczynamy obracać antenę czujnika. Najlepiej w płaszczyźnie pionowej przechodzącej przez kierunek północ-południe. Jeśli czujnik urządzenia znajduje się na pręcie, nie można go obracać, ale odchylać go tak daleko, jak pozwala na to pręt. Igła wskaźnika zmieni położenie (efekt kompasu). Stosując rezystor zmienny R5 staramy się minimalizować amplitudę tych odchyleń. W takim przypadku środkowy punkt odczytów mikroamperomierza „przesunie się” i będzie musiał zostać wyregulowany za pomocą innego rezystora zmiennego R16, który ma ustawiać zero. Kiedy efekt „kompasu” staje się minimalny, urządzenie uważa się za zrównoważone. W przypadku małych obiektów metoda poszukiwania za pomocą magnetometru różnicowego nie różni się od metody pracy z konwencjonalnym wykrywaczem metali. W pobliżu obiektu strzałka może odchylić się w dowolnym kierunku. W przypadku dużych obiektów igła wskaźnika będzie odchylać się w różnych kierunkach na dużym obszarze. Autor: Szczedrin A.I.
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Aby coś zapamiętać, musisz o czymś zapomnieć ▪ Holownik elektryczny RSD-E Holownik 2513 ▪ Ekonomiczny hatchback Peugeot 208
▪ sekcja witryny Spektakularne sztuczki i ich wskazówki. Wybór artykułów ▪ artykuł Gdzie teraz jesteś, kto całuje twoje palce? Popularne wyrażenie ▪ artykuł Słuchając oceanu. Laboratorium naukowe dla dzieci ▪ artykuł Linoleinian ołowiu. Proste przepisy i porady ▪ artykuł Elektryczność oczyszcza brudną wodę. Doświadczenie chemiczne
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony