CS202159B1

CS202159B1 - Detector for tracing the metal objects

Info

Publication number: CS202159B1
Application number: CS2375A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Andrys
Original assignee: Miroslav Andrys
Priority date: 1975-01-02
Filing date: 1975-01-02
Publication date: 1980-12-31

Description

Vynález se týká detektoru k vyhledávání kovových předmětů, například ocelových armatur, poklopů, potrubí, kabelových spojek v prostředí s relativně nižší vodivostí například na zdivu, pod zemí a podobně.The invention relates to a detector for detecting metal objects such as steel fittings, hatches, pipes, cable joints in environments with relatively lower conductivity, for example on masonry, underground, and the like.

K tomuto účelu se používá indikátorů a detekčních zařízení konstruovaných na několika rozdílných principech. Nejjednodušším zařízením jsou transformátory s otevřeným jádrem. Přiblížením ke kovovému předmětu se uzavírá magnetický obvod transformátoru, který je indikován. Citlivějším zařízením jsou kapacitní snímače. Vyvážený kapacitní můstek je rozlaďován změnou kapacity při přiblížení snímače ke kovovému předmětu.Indicators and detection devices constructed on several different principles are used for this purpose. The simplest devices are open core transformers. Approaching a metal object closes the transformer magnetic circuit, which is indicated. Sensitive devices are capacitive sensors. The balanced capacitive bridge is tuned by changing the capacitance as the sensor approaches the metal object.

Snímač je obvykle zapojen v jednom rameni můstku napájeného vysokofrekvenčním oscilátorem. Nevýhodou obou těchto zařízení je poměrně velmi omezený dálkový rozsah hledaného předmětu maximálně 10 až 20 cm od snímače. Výhodnější jsou detektory, které pracují se dvěma oscilátory buď synchronně na stejné frekvenci, nebo jsou laděny na.dvě odlišné frekvence a pracují se shodnými poměry L/C obou. oscilátorů. Při rozladění jednoho oscilátoru změnou indukčního čidla kovovým předmětem vzniknou zázněje s rozdílným kmitočtem nebo fází, které jsou závislé na vzdálenosti a hutnosti kovového předmětu. Kmitočet záznějů je buď porovnáván, nebo směšován s normálným oscilátorem a po zesílení je vyhodnocený signál snímán sluchátkem nebo mikroampérmetrem. Toto zařízení je výhodné zejména pro sledování výskytu kovových předmětů, například na výrobním pasu a výskytu kovových materiálů v nekovových předmětech. Tato zapojení jsou v různých obměnách používána i pro zjišťování skrytých předmětů ve zdivu nebo v zemi. Tyto detektory jsou oproti kapacitním a magnetickým detektorům výhodnější a citlivější a přitom však rozsah co do hloubky hledaného předmětu je omezen vazebními poměry mezi dvěma čidly a hledaným předmětem. Pořizovací náklady vzhledem k zložitějšímu zapojení vyžadující mimo dvou oscilátorů ještě směšovací stabilizační obvody, jsou značně vyšší. S tímto potom zvyšují se úměrně i náklady na údržbu a provoz.The sensor is usually connected to one bridge arm powered by a high-frequency oscillator. The disadvantage of both of these devices is the relatively very limited range of the object to be searched at most 10 to 20 cm from the sensor. More preferred are detectors that operate with two oscillators either synchronously at the same frequency or tuned to two different frequencies and operate with the same L / C ratios of both. oscillators. When tuning one oscillator by changing the inductive sensor with a metal object, there will be sounds with different frequencies or phases that depend on the distance and density of the metal object. The frequency of the beats is either compared or mixed with a normal oscillator, and after amplification, the evaluated signal is sensed by the handset or micro-ammeter. This device is particularly advantageous for monitoring the presence of metallic objects, for example on a production belt and the presence of metallic materials in non-metallic objects. These connections are also used in various variations to detect hidden objects in masonry or in the ground. These detectors are more advantageous and more sensitive than capacitive and magnetic detectors, but the range in terms of the depth of the searched object is limited by the coupling conditions between the two sensors and the searched object. The acquisition costs are considerably higher due to the more complex circuitry requiring mixing stabilization circuits in addition to the two oscillators. With this, maintenance and operation costs increase in proportion.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje detektor k vyhledávání kovových předmětů v prostředí s relativně nižší vodivostí například ve zdivu nebo pod zemí, sestávající z čidla s volně kmitajícím oscilátorem spojeným s vyhodnocovacím a indikačním obvodem, jehož podstatou je, že výstup volně kmitajícího oscilátoru je spojen přímo, popřípadě přes impedanční transformátor se selektivní propustí spojenou s indikačním obvodem. Je-li volně kmitající oscilátor spojen s ladicím obvodem, potom selektivní propusť tvoří frekvenčně stabilní selektivní zesilovač případně krystal. Je-li volně kmitající oscilátor nastaven na jednu pevnou frekvenci, potom selektivní propusť tvoří heterodynní přijímač s ladicím obvodem, například oscilátor s rozdílovou frekvencí.These previous drawbacks are eliminated by a detector for searching for metal objects in a relatively low conductivity environment, for example in masonry or underground, consisting of a sensor with a freely oscillating oscillator connected to an evaluation and indication circuit, which is based on the free oscillator output being connected directly or through an impedance transformer, a selective pass coupled to the indicating circuit is passed. If the freely oscillating oscillator is coupled to the tuning circuit, then the selective pass forms a frequency-stable selective amplifier or crystal. If the freely oscillating oscillator is set to one fixed frequency, then the selective pass constitutes a heterodyne tuner receiver, for example a differential frequency oscillator.

Předností popisovaného detektoru je poměrně větší dosah při hloubkovém měření. Detektor dosahuje vyšší citlivosti při nepatrných provozních nákladech, neboť může být napájen kapesní baterií a při snadné obsluze. Detektor lze vytvořit ve dvou základních zapojeních využívajících jeden společný princip. Při využití integrovaných obvodů umožňuje miniaturizaci a vyžaduje minimální výrobní náklady. Vyhovuje a je spolehlivý i v těžších provozech a při hrubším zacházení, přitom není náročný na údržbu.The advantage of the described detector is the relatively greater range at depth measurement. The detector achieves higher sensitivity at low operating costs, as it can be powered by a pocket battery and easy to operate. The detector can be created in two basic circuits using one common principle. Using integrated circuits, it enables miniaturization and requires minimal production costs. Compliant and reliable in heavier operations and rough handling, while not maintenance-intensive.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 je uvedeno blokové schéma a na obr. 2 praktický příklad jednoho zapojfení.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a block diagram; and FIG.

Na základním zapojení na obr. 1 je znázorněno proti kovovému předmětu Z čidlo 1 spojené s volně kmitajícím oscilátorem 2. Při jednom zapojení, je-li použit oscilátor 2 s elektrickým laděním, je k němu připojen ladicí obvod 6 a na výstup selektivní propusť 4 s indikačním obvodem 5. U tohoto zapojení je výhodné zapojit mezi oscilátor 2 a selektivní propusť 4 impedanční transformátor 3, například emitorový sledovač, který není při druhé variantě zapojení nutno použít. U tohoto druhého zapojení není u volně kmitajícího oscilátoru 2 zapojen ladicí obvod 6, jelikož oscilátor 2 je naladěn pouze na jednu frekvenci a selektivní propusť 4 tvoří heterodynní přijmač s ladicím obvodem 6, například oscilátor s rozdílnou frekvencí. Elektronické ladění oscilátoru 2 lze provádět několika rozdílnými prvky, například proměnným kondenzátorem, cívkou s proudovým řízením permeability jádra, varikapem a podobně. Selektivní propusť 4 tvoří například laděný krystal, selektivní zesilovač, heterodynní přijímač. Indikační obvod je tvořen zesilovačem s mikroampérmetrem, akustickým nebo optickým ukazatelem. Impedanční transformátor 3 sestává buď z katodového nebo emitorového sledovače, popřípadě jiného tranzistorového zesilovače.In the basic circuit shown in FIG. 1, a sensor 1 coupled to a freely oscillating oscillator 2 is shown against a metal object Z. In one circuit, if an electric tuning oscillator 2 is used, a tuning circuit 6 is connected thereto and a selective filter 4 s is output. In this connection, it is advantageous to connect an impedance transformer 3, for example an emitter follower, which is not necessary in the second wiring variant, between the oscillator 2 and the selective filter 4. In this second circuit, in the freely oscillating oscillator 2, the tuning circuit 6 is not connected, since the oscillator 2 is tuned to only one frequency and the selective filter 4 forms a heterodyne receiver with a tuning circuit 6, for example an oscillator with a different frequency. Electronic tuning of oscillator 2 can be performed by several different elements, such as a variable capacitor, coil with current control of core permeability, varikap and the like. Selective filter 4 comprises, for example, a tuned crystal, a selective amplifier, a heterodyne receiver. The indication circuit consists of an amplifier with a micro-ammeter, acoustic or optical indicator. The impedance transformer 3 consists of either a cathode or emitter follower or another transistor amplifier.

Praktický příklad zapojení indikátoru je uveden na obr. 2. Čidlo 1 tvoří cívka v uzavřeném a uzemněném krytu spojená paralelně s oscilátorem 2 tvořeným tranzistorem T_1; spolu s kondenzátorem 10 v sérii s varikampem 11 a současně sériově zapojenými kondenzátory 14, 15. Výstup oscilátoru 2 je spojen se dvěma odpory 23, 24 a s bází tranzistoru T₂ emitorového sledovače tvořícího impedanční transformátor 3. Emitor tranzistoru T₂ je spojen se selektivní propustí 4 přes potenciometr 26 k zápornému pólu baterie a běžcem přes pevný krystal 27 na bázi tranzistoru T₃ spolu s diodou 28, přičemž jeho emitor je spojen přes odpor 25 a měřidlo 30 s kladným pólem baterie. Měřidlo 30 a obvod tranzistoru T₃ tvoří indikační obvod 5. Ladicí obvod tvoří dělič z odporů 7, 9, 13 a ladicí potenciometr 8. Zenerova dioda 17, elektrolyty 18 a 22 tvoří napájecí část ladicího obvodu 6 a oscilátoru 2. -Kladný pól baterie je spojen na společný vodič, to je kostru přístroje. Toto zapojení lze i s baterií pohodlně umístit ve skříňce o velikosti malého tranzistorového přijímače, přičemž čidlo 1 je s přijímačem spojeno koaxiálním vodičem v trubce zakončené, například kruhovou stíněnou cívkou čidla 1.A practical example of wiring the indicator is shown in Fig. 2. The sensor 1 consists of a coil in a closed and grounded housing connected in parallel to the oscillator 2 formed by transistor T _1; together with the capacitor 10 in series with varikampem 11 and also series-connected capacitors 14, 15. The output of oscillator 2 is connected to two resistors 23, 24 and the base of transistor T ₂ which forms an emitter follower impedance transformer third emitter of transistor T ₂ is connected to a selective release 4 via a potentiometer 26 to the negative pole of the battery and a slider through the solid crystal 27 based on transistor T ₃ together with the diode 28, its emitter being connected via a resistor 25 and the meter 30 to the positive pole of the battery. The meter 30 and the circuit of transistor T ₃ form an indicator circuit 5. The tuning circuit comprises a resistor divider 7, 9, 13 and a tuning potentiometer 8. The zener diode 17, electrolytes 18 and 22 form the power supply portion of the tuning circuit 6 and oscillator 2. it is connected to a common conductor, that is the skeleton of the device. This connection can be conveniently placed with the battery in a box of the size of a small transistor receiver, whereby the sensor 1 is connected to the receiver by a coaxial conductor terminated in a tube, for example a round shielded coil of the sensor 1.

Detektor, jehož příklad znázorňuje zapojení na obr. 2, pracuje za provozu takto:The detector, the example of which shows the wiring in Fig. 2, operates as follows during operation:

Po zapojení baterie se vstupním ladicím potenciometrem 8 v ladicím obvodu 6 se nastaví pomocí varikapu 11 volně kmitající oscilátor 2 na frekvenci shodnou s frekvencí krystalu 27 v selektivní propusti 4, například 1 MHz. Přitom se potenciometrem 26 nastaví maximální výchylka na měřidle 30 v indikačním obvodu 5. Nyní je detektor v pohotovostním stavu. Přiblížením čidla 1 k prostoru s kovovým předmětem Z dochází ke změně frekvence volně kmitajícího oscilátoru 2. Střídavé napětí z oscilátoru 2 zesílené tranzistorem T₂ impedančního transformátoru tvořeného emitorovým sledovačem se přivádí přes potenciometr 26 a krystal 27 na bázi tranzistoru T₃. Toto střídavé napětí, jehož frekvence je přítomností kovového předmětu Z v blízkosti čidla 1 zejména o &_x, je omezováno krystalem 27 v selektivní propusti 4. Kmitočtově selektivním prvkem zmenšené napětí je zaznamenáno jako pokles výchylky měřidla 30, čímž je indikována přítomnost kovového předměnu Z.After connecting the battery with the input tuning potentiometer 8 in the tuning circuit 6, the freely oscillating oscillator 2 is set to a frequency equal to the crystal frequency 27 in the selective filter 4, for example 1 MHz, by means of the varikap 11. The maximum deflection is set on the meter 30 in the indicator circuit 5 by means of the potentiometer 26. The detector is now in the standby mode. By approaching the sensor 1 to the metal object Z, the frequency of the freely oscillating oscillator 2 changes. The alternating voltage from the oscillator 2 amplified by the impedance transformer transistor T ₂ is supplied via a potentiometer 26 and a transistor T ₃ based crystal 27. This alternating voltage, the frequency of which is the presence of a metal object Z in the vicinity of the sensor 1, in particular & _x , is limited by the crystal 27 in the selective filter 4. The frequency-selective element reduced voltage is recorded as drop of deflection of the meter 30.

Další variantu zapojení detektoru možno provést s touto obměnou: na místo laděného oscilátoru 2 se použije volně kmitající oscilátor s pevně stanoveným kmitočtem. Selektivní propusť potom tvoří dolaďovaný heterodynní přijímač zapojený s indikačním obvodem 5. Funkce tohoto zapojení při zjišťování skrytých kovových předmětů je v podstatě totožná se shora popsanou funkcí. Změnu tvoří pouze kinematické obrácení funkce těchto prvků. Místo ladění volně kmitajícího oscilátoru 2 je dolaďována selektivní propusť 4, to je heterodynní přijímač na frekvenci pevně stanoveného kmitočtu oscilátoru 2 tak, až výchylka měřidla 30 v indikačním obvodu 5 zaznamenává maximum. Přiblížením čidla 1 ke kovovému předmětu Z dochází k rozladění oscilátoru 2, přičemž heterodynní přijímač vytváří selektivní propusť 4, která způsobí pokles napětí v indikačním obvodu 3. Toto zapojení umožňuje ještě další zvýšení citlivosti.Another variant of detector connection can be made with the following variation: instead of the tuned oscillator 2, a freely oscillating oscillator with a fixed frequency is used. The selective pass then forms a fine-tuned heterodyne receiver connected to the indicator circuit 5. The function of this circuit in detecting hidden metal objects is substantially identical to the function described above. The only change is the kinematic reversal of the function of these elements. Instead of tuning the freely oscillating oscillator 2, the selective filter 4, i.e. the heterodyne receiver, is tuned to the fixed frequency of the oscillator 2 until the deflection of the meter 30 in the indicating circuit 5 registers a maximum. The proximity of the sensor 1 to the metal object Z tune the oscillator 2, the heterodyne receiver generating a selective filter 4 which causes a voltage drop in the indicator circuit 3. This connection allows a further increase in sensitivity.

Popsaný příklad uvedený na obr. 2 byl vyzkoušen v praxi, přičemž byla zaznamenána značná citlivost detektoru. Hledané kovové předměty Z reagovaly již na vzdálenost 80 cm od čidla 1.The example described in Fig. 2 has been tested in practice, with considerable sensitivity of the detector recorded. Searched metal objects Z reacted already at a distance of 80 cm from the sensor 1.

Detektor lze využít především ke spolehlivému vyhledávání poklopů vodovodní a kanalizační sítě, k vyhledávání kabelových spojek pod zemí, kovových potrubí ve zdivu. Detektor, mohl by být využit i při vyhledávání min, granátů a podobně.The detector can be used primarily for reliable searching of water and sewerage network hatches, searching for cable connections underground, metal pipes in masonry. The detector could be used to search for mines, grenades and the like.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Detector for detecting metal objects in a relatively low conductivity environment, for example in masonry or underground, consisting of a sensor with a freely oscillating oscillator connected to an evaluation and indication circuit, characterized in that the output of the freely oscillating oscillator (2) is connected directly or through the impedance transformer (3), a selective filter (4) is connected to the indicator circuit (5).

2. A detector according to claim 1, characterized in that the freely oscillating oscillator (2) is connected to the tuning circuit (6) and the selective filter (4) is a tuned crystal (27) or a frequency-stable selective amplifier.

3. The detector according to claim 1, characterized in that the freely oscillating oscillator (2) is set to one fixed frequency and the selective filter (4) forms a heterodyne tuning receiver, for example an oscillator with a different frequency.