RU208136U1 - Металлообнаружитель - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области разведки или обнаружения с помощью электрических или магнитных средств и может быть использована для обнаружения токопроводящих объектов.Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью - повышение чувствительности и точности фиксации наличия ферромагнитного объекта.Заявляемый технический результат достигается тем, что в металлообнаружителе, содержащем размещенные в корпусе магниточувствительные магниторезистивные датчики, усилители, фильтры высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь, блок визуализации и управления, при этом количество фильтров высокой частоты и усилителей соответствует количеству магниторезистивных датчиков, причем каждый магниторезистивный датчик своим выходом соединен с входом своего усилителя, выход каждого из которых подключен к входу своего фильтра высокой частоты, выходы которых соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, который своим выходом соединен с входом блока визуализации и управления, предназначенным для передачи управляющего сигнала на вход схемы перемагничивания, а также для визуализации сигнала с магниторезистивных датчиков, согласно полезной модели выход блока визуализации и управления соединен с входом блока управления временными характеристиками перемагничивания, выход которого соединен с входами схем перемагничивания каждого магниторезистивного датчика, каждая схема перемагничивания содержит драйвер перемагничивания магниторезистивного датчика, каждый драйвер перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения на своем выходе уровня сигнала, достаточного для управления перемагничиванием магниторезистивного датчика, блок управления временными характеристиками перемагничивания предназначен для формирования временных задержек перемагничивания и выполнен с возможностью обеспечения заданной периодичности следования сигналов, выход каждой схемы перемагничивания соединен со входом соответствующего магниторезистивного датчика. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области разведки или обнаружения с помощью электрических или магнитных средств и может быть использована для обнаружения токопроводящих объектов.

Из патента РФ №42329 на полезную модель известен обнаружитель ферромагнитных объектов, содержащий заключенные в корпус из немагнитного материала два магниточувствительных датчика, выполненных виде датчиков Холла, дифференциально включенные и закрепленные на одной оси, дифференциальный усилитель и индикаторное устройство, при этом выходы датчиков Холла соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом индикаторного устройства.

Недостатком известного технического решения является то, что сигналы с обоих датчиков Холла суммируются, поэтому невозможно определить местоположение ферромагнитного предмета в зоне контроля, а также чувствительность датчиков Холла недостаточная.

Из патента РФ №2662271 на изобретение известен металлообнаружитель, содержащий размещенные в корпусе магниточувствительную систему, состоящую из магниточувствительных датчиков, усилитель и индикаторное устройство, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, фильтры высокой частоты и усилители, магниточувствительные датчики выполнены в виде магниторезистивных твердотельных датчиков, а индикаторное устройство выполнено в виде блока визуализации и управления, при этом количество фильтров высокой частоты и усилителей соответствует количеству магниторезистивных твердотельных датчиков, причем каждый магниторезистивный твердотельный датчик своим выходом соединен с входом своего усилителя, выход каждого из которых подключен к входу своего фильтра высокой частоты, выходы которых соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, который своим выходом соединен с входом блока визуализации и управления, выход которого соединен с входами магниторезистивных твердотельных датчиков.

Недостатком металлообнаружителя по патенту №2662271 является недостаточная чувствительность и точность.

Металлообнаружитель по патенту №2662271 выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью - низкая чувствительность и точность фиксации ферромагнитного объекта.

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью - повышение чувствительности и точности фиксации наличия ферромагнитного объекта.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в металлообнаружителе, содержащем размещенные в корпусе магниточувствительные магниторезистивные датчики, усилители, фильтры высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь, блок визуализации и управления, при этом количество фильтров высокой частоты и усилителей соответствует количеству магниторезистивных датчиков, причем каждый магниторезистивный датчик своим выходом соединен с входом своего усилителя, выход каждого из которых подключен к входу своего фильтра высокой частоты, выходы которых соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, который своим выходом соединен с входом блока визуализации и управления, предназначенным для передачи управляющего сигнала на вход схемы перемагничивания, а также для визуализации сигнала с магниторезистивных датчиков, согласно полезной модели выход блока визуализации и управления соединен с входом блока управления временными характеристиками перемагничивания, выход которого соединен с входами схем перемагничивания каждого магниторезистивного датчика, каждая схема перемагничивания содержит драйвер перемагничивания магниторезистивного датчика, каждый драйвер перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения на своем выходе уровня сигнала, достаточного для управления перемагничиванием магниторезистивного датчика, блок управления временными характеристиками перемагничивания предназначен для формирования временных задержек перемагничивания и выполнен с возможностью обеспечения заданной периодичности следования сигналов, выход каждой схемы перемагничивания соединен со входом соответствующего магниторезистивного датчика.

Корпус выполнен в виде стойки.

Корпус выполнен в виде рамки.

Блок визуализации и управления снабжен модулем связи с аналого-цифровым преобразователем и микроконтроллером.

Блок управления временными характеристиками перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения периодичности следования сигналов не менее 2-4 м/сек.

Блок управления временными характеристиками перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения периодичности следования сигналов, обеспечивающей формирование выходного сигнала при каждом проходе человека.

Блок управления временными характеристиками перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения длительности импульса не менее 5 мкс.

Блок управления временными характеристиками перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения частоты следования импульсов сигнала не менее 10 Гц.

Каждый драйвер перемагничивания расположен на расстоянии не более двух габаритов соответствующего магниторезистивного датчика.

Целесообразно, чтобы частота следования импульса перемагничивания составляла не менее 10 Гц.

Совокупность признаков полезной модели позволяет увеличить чувствительность металлообнаружителя к изменениям магнитного поля, позволяющую обнаруживать меньшие по размерам объекты при том же количестве датчиков, а также увеличить область обнаружения для более крупных объектов. Так, наличие схемы перемагничивания позволяет вырабатывать наносекундные импульсы для периодического перемагничивания датчиков, каждый из которых оснащен схемой периодического перемагничивания, в результате чего датчики работают всегда в режиме максимальной чувствительности вне зависимости от наличия вблизи стационарных намагниченных объектов, а наличие фильтров высокой частоты позволяет отсекать медленные (ниже скорости прохода человеком корпуса металлообнаружителя) изменения сигнала, то есть низкочастотные помехи не вызывают сработок, что позволяет увеличить коэффициент усиления входного сигнала.

На фиг. представлена блок-схема заявляемого металлообнаружителя.

Металлообнаружитель содержит корпус, выполненный в виде стойки 1, внутри которой равномерно по ее высоте установлены магниторезистивные твердотельные датчики 2, 3, 4 и 5, подключенные каждый своим выходом к входу своего усилителя 6, 7, 8 и 9, каждый из которых своим выходом подключен к входу своего фильтра высокой частоты 10, 11, 12 и 13, (далее ФВЧ), выходы которых соединены с входом аналого-цифрового преобразователя 14, (далее АЦП), у которого выход соединен с входом блока 15 визуализации и управления, который в свою очередь выходом соединен с входом блока 16 управления временными характеристиками перемагничивания, выход которого подключен к драйверам перемагничивания 17, 18, 19, 20, выходы драйверов подключены ко входам магниторезистивных твердотельных датчиков 2, 3, 4 и 5. Все элементы заявляемого устройства размещены внутри стойки 1, за исключением блока визуализации и управления 15 и блока 16 управления временными характеристиками перемагничивания (который может быть реализован на микроконтроллере, например ATMEGA 128), который также может быть размещен и внутри стойки 1. Блок 15 визуализации и управления содержит модуль связи с АЦП 14, а также микроконтроллер и дисплей. Блок 15 также может содержать (опционально) аккумуляторную батарею, модуль связи с персональным компьютером, модуль звукового оповещения (не показаны).

Каждый драйвер представляет собой микросхему (например, lmg1025-q1 или ucc27533). Драйверы позволяют согласовать слаботочный сигнал (значения слаботочного сигнала находятся в диапазоне микро- или миллиампер) с выхода блока 15 визуализации и управления со входом схемы перемагничивания магниторезистивных датчиков. Такое согласование необходимо, т.к. для начала перемагничивания датчику необходим импульс (сигнал) с уровнем значения в несколько ампер. При этом драйвер вырабатывает сигнал установленного уровня вне зависимости от значения уровня сигнала на его входе. Т.е. драйвер не усиливает сигнал, а в ответ на поступивший на его вход сигнал (который, по сути, является управляющим сигналом для драйвера) вырабатывает импульс (сигнал) всегда установленной величины, что надежно обеспечивает начало перемагничивания датчиков вне зависимости от уровня сигнала с выхода блока визуализации и управления.

Металлообнаружитель работает следующим образом.

Постоянное магнитное поле Земли воздействует на магниторезистивные твердотельные датчики 2, 3, 4 и 5, сигнал с которых поступает на усилители 6, 7, 8 и 9. Далее усиленный сигнал с каждого усилителя 6, 7, 8 и 9 поступает на ФВЧ 10, 11, 12 и 13, которые необходимы для отсечения постоянного уровня, обусловленного величиной магнитного поля в конкретной точке установки металлообнаружителя. Затем сигналы со всех ФВЧ 10, 11, 12 и 13 поступают на многоканальный АЦП 14, данные с которого передаются в блок визуализации и управления 15. Каждый датчик 2, 3, 4 и 5 оснащен схемой периодического перемагничивания для того, чтобы магниторезистивный элемент датчика всегда находился в зоне максимальной чувствительности. Потому что, если к датчику будет приложено большое магнитное поле (порядка 10 Гс), то характеристики датчика (без схемы перемагничивания) значительно ухудшатся за счет остаточного намагничивания элементов самого датчика, которое приводит к смешению рабочей точки из зоны максимальной чувствительности. Для того, чтобы восстановить максимальную чувствительность датчика его необходимо перемагнитить магнитным полем высокой энергии. В цепи перемагничивания необходимо подавать импульсный ток экспоненциальной формы амплитудой в несколько ампер, длительностью от сотен наносек до единиц микросек.

Время следования импульсов перемагничивания должно быть меньше, чем минимальное время проноса ферромагнитного материала (прохода человека с ферромагнитным объектом), которое задается примерно в два раза больше, чем максимальная скорость движения человека (примерно 2 м/с). В то же время, сильно уменьшать это время не стоит, так как во время перемагничивания магниторезистивный датчик не считывает магнитную обстановку и, соответственно, чем чаще будут импульсы, тем меньше полезной информации будет в промежуток времени, что повлечет снижение чувствительности. В металлообнаружителе, реализованном на основе заявляемой полезной модели, длительность импульса перемагничивания составляет не менее 5 мкс, частота следования импульсов перемагничивания составляет не менее 10 Гц. Импульсы генерируются блоком 16. Драйверы схем перемагничивания 17, 18, 19, 20 располагаются вблизи датчика, на расстоянии не более двух габаритов датчика, чтобы исключить наводки от токов перемагничивания на схемы измерения, а также для того чтобы минимизировать потери в соединениях.

Длительность импульса не менее 5 мкс выбрана исходя из того, что импульс длительностью менее 3 мкс не успевает ввести датчик в насыщение, а повышение времени более 5 мкс нецелесообразно, в виду увеличения потребления и увеличения времени, когда датчик не измеряет внешнюю величину поля.

Частота следования импульса перемагничивания не менее 10 Гц, выбрана исходя из того, что при глубине контрольной зоны в 1 метр человек, двигающийся со скоростью 14 км/ч (прыжок) пересечет зону за 0,25 сек, т.е. изменение сигнала будет с частотой 4 Гц, исходя из этого, чтобы на период приходилось, как минимум, 2 импульса перемагничивания и с небольшим запасом значение частоты следования импульса перемагничивания выбрано10 Гц.

В принципе, параметр «периодичности следования сигналов» и параметр «частота следования импульса перемагничивания» характеризуют одно и то же, только измерение осуществляется по разным показателям.

Блок 15 визуализации и управления помимо дисплея, может быть оснащен интерфейсом связи с персональным компьютером (ПК), пультом дистанционного управления и аккумуляторной батареей (не показаны) для возможности автономной работы. Возможно использование в блоке 15 звукового оповещателя (не показан) о превышении уровня изменения магнитного поля в области контроля. Под областью контроля понимается вся контролируемая металлообнаружителем зона.

По дисплею или программному обеспечению на персональном компьютере можно определить место в области контроля, где произошло возмущение магнитного поля. Появившийся в области контроля ферромагнитный предмет вызывает изменение в магнитном поле, которое воздействует на соответствующий магниторезистивный (как правило, твердотельный) датчик, вызывая появление на его выходе изменение напряжения, которое усиливается соединенным с ним усилителем, и, пройдя через соединенный с этим усилителем ФВЧ, поступает на АЦП 14, данные с которого поступают в блок 15 визуализации и управления. Если изменения в магнитном поле больше установленного порога, происходит звуковая сигнализация (при наличии устройства звукового оповещения), а также на дисплее происходит индикация того датчика или тех датчиков, по которым произошло превышение пороговых значений, что позволяет понять в каком месте зоны контроля появился ферромагнитный предмет. Блок 15 визуализации и управления работает следующим образом. Данные с АЦП 14 через модуль связи с АЦП 14 поступают в микроконтроллер, который принимает решение о выводе информации на дисплей и устройство звукового оповещения (в случае его наличия). Параметры, при которых должна происходить визуализация, задаются с помощью пульта дистанционного управления, также данные о превышении изменения магнитного поля посылаются на ПК. Через модуль связи с ПК с помощью пульта дистанционного управления также можно производить настройку таких параметров, как громкость звукового оповещения, длительность визуального и звукового сигнала, просмотр статистики превышений изменения магнитного поля.

Данный металлообнаружитель может быть использован не только как обнаружитель проноса запрещенных ферромагнитных предметов, но и для изучения естественных возмущений магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли при установке минимального порога срабатывания.

Таким образом, использование заявляемого металлообнаружителя позволяет осуществлять регистрацию положения ферромагнитного объекта в зоне контроля при увеличении чувствительности к изменениям магнитного поля и точности обнаружения ферромагнитных объектов за счет снижения недостоверности сигналов с выходов магниторезистивных датчиков и с выхода блока визуализации и управления.

Claims (10)

1. Металлообнаружитель, содержащий размещенные в корпусе магниточувствительные магниторезистивные датчики, усилители, фильтры высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь, блок визуализации и управления, при этом количество фильтров высокой частоты и усилителей соответствует количеству магниторезистивных датчиков, причем каждый магниторезистивный датчик своим выходом соединен с входом своего усилителя, выход каждого из которых подключен к входу своего фильтра высокой частоты, выходы которых соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, который своим выходом соединен с входом блока визуализации и управления, предназначенным для передачи управляющего сигнала на вход схемы перемагничивания, а также для визуализации сигнала с магниторезистивных датчиков, отличающийся тем, что выход блока визуализации и управления соединен с входом блока управления временными характеристиками перемагничивания, выход которого соединен с входами схем перемагничивания каждого магниторезистивного датчика, каждая схема перемагничивания содержит драйвер перемагничивания магниторезистивного датчика, каждый драйвер перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения на своем выходе уровня сигнала, достаточного для управления перемагничиванием магниторезистивного датчика, блок управления временными характеристиками перемагничивания предназначен для формирования временных задержек перемагничивания и выполнен с возможностью обеспечения заданной периодичности следования сигналов, выход каждой схемы перемагничивания соединен со входом соответствующего магниторезистивного датчика.

2. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде стойки.

3. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде рамки.

4. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что блок визуализации и управления снабжен модулем связи с аналого-цифровым преобразователем и микроконтроллером.

5. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что блок управления временными характеристиками перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения периодичности следования сигналов не менее 2 - 4 м/сек.

6. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что блок управления временными характеристиками перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения периодичности следования сигналов, обеспечивающей формирование выходного сигнала при каждом проходе человека.

7. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что блок управления временными характеристиками перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения длительности импульса не менее 5 мкс.

8. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что блок управления временными характеристиками перемагничивания выполнен с возможностью обеспечения частоты следования импульсов сигнала не менее 10 Гц.

9. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что каждый драйвер перемагничивания расположен на расстоянии не более двух габаритов соответствующего магниторезистивного датчика.

10. Металлообнаружитель по п. 1, отличающийся тем, что частота следования импульса перемагничивания составляет не менее 10 Гц.

Images