RU2131135C1

RU2131135C1 - Metal detector

Info

Publication number: RU2131135C1
Application number: RU98107190A
Authority: RU
Inventors: Л.Э. Лепинь
Original assignee: Лепинь Леонард Эдуардович
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-05-27

Abstract

FIELD: physics, geophysics, detection o current-carrying and ferromagnetic objects with use of induction coils forming variable magnetic field. SUBSTANCE: metal detector has reference and tunable generators, indicator manufactured in the form of network of n light-emitting diodes arranged in ring or line and creating effect of " traveling lights ", counter-decoder with n outputs to which light-emitting diodes are connected, scale-of-n divider and flip-flop. Output of scale- of-n divider is connected to reset input of R flip-flop which direct output Q is connected to common wire of light-emitting diodes and forms light inhibition circuit. Inverse output

Description

Изобретение относится к области физики и геофизики в части обнаружения токопроводящих и ферромагнитных предметов с помощью индукционных катушек, создающих переменное магнитное поле. The invention relates to the field of physics and geophysics in the detection of conductive and ferromagnetic objects using induction coils that create an alternating magnetic field.

Область применения заявляемого металллоискателя - хобби, коллекционирование, исторический поиск, кладоискательство, спорт, отдых, туризм, Кроме того, он может использоваться также в строительстве, при ремонте трубопроводов, в поиске затонувших судов и т.д. The scope of the claimed metal detector is hobby, collecting, historical search, treasure hunting, sports, recreation, tourism. In addition, it can also be used in construction, pipeline repair, in the search for sunken ships, etc.

Известны аналогичные металлоискатели, содержащие опорный и перестраиваемый генераторы, схемы сравнения частот, стрелочные и звуковые индикаторы - головные телефоны (1...7). Similar metal detectors are known that contain reference and tunable generators, frequency comparison circuits, arrow and sound indicators - head phones (1 ... 7).

Повышение чувствительности в них достигается за счет сравнения опорной частоты с высшими гармониками частоты перестраиваемого генератора. An increase in sensitivity in them is achieved by comparing the reference frequency with the higher harmonics of the frequency of the tunable generator.

Недостатком известных металлоискателей является ограниченная чувствительность, обусловленная восприятием сигналов только на слух и стрелочный прибор и неудобство при работе в темноте и под водой. A disadvantage of the known metal detectors is the limited sensitivity due to the perception of signals only by ear and a pointer device and the inconvenience of working in the dark and under water.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является металлоискатель [2]. The closest analogue of the claimed invention is a metal detector [2].

Металлоискатель содержит опорный и перестраиваемый генераторы, схему управления и индикатор. Для повышения производительности и упрощения в металлоискатель введены последовательно соединенные коммутатор, первый счетчик импульсов, первое запоминающее устройство, схема коррекции и цифроаналоговый преобразователь, второй счетчик импульсов и второе запоминающее устройство. Выход цифроаналогового преобразователя соединен со стрелочным индикатором. The metal detector contains reference and tunable generators, a control circuit and an indicator. To increase productivity and simplification, a series-connected switch, a first pulse counter, a first memory device, a correction circuit and a digital-to-analog converter, a second pulse counter and a second memory device are introduced into the metal detector. The output of the digital-to-analog converter is connected to a dial indicator.

Недостатком известного технического решения является необходимость периодической кнопочной коррекции, а также инерционность стрелочного индикатора. A disadvantage of the known technical solution is the need for periodic button correction, as well as the inertia of the dial indicator.

Задачей изобретения является создание металлоискателя с эффективной безынерционной индикацией, позволяющего различать черные и цветные металлы без повышенной нагрузки на внимание и память оператора, а также работать в темноте и под водой. The objective of the invention is the creation of a metal detector with effective inertia-free indication, which allows to distinguish ferrous and non-ferrous metals without increased load on the operator’s attention and memory, as well as work in the dark and under water.

Поставленная задача решается за счет того, что металлоискатель, содержащий опорный и перестраиваемый генераторы, устройство индикации, выполненное в виде цепочки из n светодиодов, расположенных в форме кольца или линии, создающих эффект "бегущего огонька", счетчик-дешифратор с n выходами, к которым присоединены светодиоды, делитель на n и триггер, при этом выход делителя на n соединен со входом сброса R триггера, прямой выход Q которого соединен с общим проводом светодиодов и составляет цепь запрета света, а инверсный выход

триггера соединен со входом запрета счета EC счетчика-дешифратора, устройство индикации дополнительно содержит первый и второй делители частоты, фазовый детектор и стереозвуковой сигнализатор, а перестраиваемый генератор дополнительно снабжен входом перестройки частоты, причем выходы перестраиваемого и опорного генератора соединены со счетными входами C соответственно первого и второго делителей, выход опорного генератора соединен также со счетными входами C делителя на n и счетчика-дешифратора, выход первого делителя соединен со входом установки S триггера, входом сброса R счетчика-дешифратора и первым входом фазового детектора, выход второго делителя соединен со входом сброса R делителя на n и вторым входом фазового детектора, выход которого соединен со входом перестройки частоты перестраиваемого генератора, а входы стереозвукового сигнализатора соединены со входом и выходом фазового детектора.The problem is solved due to the fact that the metal detector containing the reference and tunable generators, an indication device made in the form of a chain of n LEDs arranged in the form of a ring or line, creating the effect of a “running light”, a counter-decoder with n outputs to which LEDs, a divider by n and a trigger are connected, while the output of the divider by n is connected to the reset input R of the trigger, the direct output Q of which is connected to the common wire of the LEDs and forms a light inhibit circuit, and the inverse output

the trigger is connected to the input of the EC account inhibitor of the counter-decoder, the display device additionally contains the first and second frequency dividers, a phase detector and a stereo sound signaling device, and the tunable generator is additionally equipped with a frequency tuning input, and the outputs of the tunable and reference generator are connected to the counting inputs C of the first and the second divider, the output of the reference generator is also connected to the counting inputs C of the divider by n and the counter-decoder, the output of the first divider is connected to the input the trigger installation home S, the reset input R of the counter-decoder and the first input of the phase detector, the output of the second divider is connected to the reset input R of the divider by n and the second input of the phase detector, the output of which is connected to the frequency tuning input of the tunable generator, and the inputs of the stereo-acoustic signaling device are connected to input and output of a phase detector.

Таким образом, за счет совокупности признаков достигнуто создание металлоискателя, не требующего напряжения внимания и памяти оператора при различении черных и цветных металлов, что позволяет значительно повысить его эксплуатационно-поисковую эффективность. Thus, due to a combination of features, the creation of a metal detector that does not require the attention and memory of the operator when distinguishing ferrous and non-ferrous metals has been achieved, which can significantly increase its operational search efficiency.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена блок-схема металлоискателя, а на фиг. 2 - его принципиальная электрическая схема. Блок-схема металлоискателя, изображенная на фиг. 1, состоит из следующих элементов: 1 - перестраиваемый генератор, 2 - опорный генератор, 3 - первый делитель частоты, 4 - второй делитель частоты, 5 - фазовый детектор, 6 - делитель на n, 7 - триггер, 8 - счетчик-дешифратор на n выходов, 9 - устройство индикации из n светодиодов, 10 - стереозвуковой сигнализатор. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 is a block diagram of a metal detector, and FIG. 2 is his circuit diagram. The block diagram of the metal detector shown in FIG. 1, consists of the following elements: 1 - tunable generator, 2 - reference generator, 3 - first frequency divider, 4 - second frequency divider, 5 - phase detector, 6 - divider by n, 7 - trigger, 8 - counter-decoder on n outputs, 9 - display device of n LEDs, 10 - stereo-acoustic signaling device.

Металлоискатель работает следующим образом. The metal detector operates as follows.

В исходном состоянии при отсутствии сигнала, т.е. металлических предметов в зоне действия катушки, частоты на выходах делителей 3 и 4 равны (что определяется соответствующим согласованием частот перестраиваемого 1 и опорного 2 генераторов и коэффициентов деления делителей 3 и 4), сигнал на выходе фазового детектора 5 представляет собой симметричный меандр, что соответствует нулевому воздействию на входе перестройки частоты генератора 1, звука в стереозвуковом сигнализаторе 10 нет, огонек индикатора 9 неподвижен. При появлении металлического предмета в зоне действия катушки настройка генератора 1 со стороны катушки изменяется, фаза на выходе делителя 3 "уходит", вызывая изменение скважности сигнала на выходе фазового детектора 5, и одновременно компенсируется изменение настройки генератора 1 по входу перестройки частоты. При этом появляется звук низкой частоты в одном из телефонов стереозвукового сигнализатора 10 и происходит переключение светодиодов 9 в виде поворота огонька на некоторый угол или несколько оборотов в зависимости от степени воздействия металла (расстояние, размеры), а направление вращения огонька и то, в каком из телефонов появляется звук - в правом или левом, соответствуют виду металла (черный или цветной) при всех режимах работы металлоискателя. In the initial state in the absence of a signal, i.e. metal objects in the range of the coil, the frequencies at the outputs of the dividers 3 and 4 are equal (which is determined by the corresponding coordination of the frequencies of the tunable 1 and the reference 2 generators and the division factors of the dividers 3 and 4), the signal at the output of the phase detector 5 is a symmetrical meander, which corresponds to zero the impact at the input of the frequency adjustment of the generator 1, there is no sound in the stereo sounding device 10, the light of the indicator 9 is stationary. When a metal object appears in the range of the coil, the setting of the generator 1 on the side of the coil changes, the phase at the output of the divider 3 "leaves", causing a change in the duty cycle of the signal at the output of the phase detector 5, and at the same time, the change in the setting of the generator 1 at the frequency tuning input is compensated. In this case, a low-frequency sound appears in one of the phones of the stereo-acoustic signaling device 10 and the LEDs 9 switch in the form of turning the spark by a certain angle or several revolutions depending on the degree of influence of the metal (distance, size), and the direction of rotation of the spark and in which phones sound appears - in the right or left, correspond to the type of metal (black or color) in all modes of operation of the metal detector.

Рассмотрим работу металлоискателя более подробно. Как было сказано выше, при работе металлоискателя частоты на выходах 3 и 4, т.е. на входах фазового детектора 5, равны, но при этом импульс с выхода делителя 3, совпадающий с одним, например передним, фронтом выходного сигнала фазового детектора 5, может занимать любое положение по времени прихода между двумя соседними импульсами с делителя 4. Среднее положение импульса при этом соответствует отсутствию сигнала, т.е. предмета поиска. Задачей схемы управления светодиодами 9 является дискретное измерение интервала времени между импульсами делителей 4 (начало отсчета) и 3 (конец отсчета) и преобразование его в количество переключений светодиодов 9 по кругу. Частота счета, т.е. переключения светодиодов 9 в схеме, равная частоте опорного генератора 2 (1...2 МГц) значительно выше звуковой частоты на выходах делителей 3 и 4 (500...600 Гц), поэтому смещение импульса в пределах одного периода низкой частоты преобразуется приблизительно в 2000....4000 переключений светодиодов по кругу, что при n = 10 соответствует 200...400 оборотов огонька, или (считая от середины) ± 100. . . 200 оборотов, что достаточно много для обеспечения высокой чувствительности металлоискателя. Consider the work of the metal detector in more detail. As mentioned above, during the operation of the frequency detector at outputs 3 and 4, i.e. at the inputs of the phase detector 5 are equal, but the pulse from the output of the divider 3, which coincides with one, for example, the leading edge of the output signal of the phase detector 5, can occupy any position in time of arrival between two adjacent pulses from the divider 4. The average position of the pulse at this corresponds to the absence of a signal, i.e. subject of search. The objective of the LED control circuit 9 is to discretely measure the time interval between the pulses of the dividers 4 (reference) and 3 (end of reference) and converting it into the number of LEDs 9 switching in a circle. Counting frequency, i.e. switching LEDs 9 in the circuit, equal to the frequency of the reference oscillator 2 (1 ... 2 MHz) is significantly higher than the sound frequency at the outputs of the dividers 3 and 4 (500 ... 600 Hz), so the pulse offset within one period of the low frequency is converted to approximately 2000 .... 4000 switching LEDs in a circle, which at n = 10 corresponds to 200 ... 400 revolutions of the light, or (counting from the middle) ± 100.. . 200 revolutions, which is large enough to provide high sensitivity of the metal detector.

Работа схемы преобразования происходит следующим образом. The operation of the conversion circuit is as follows.

Очередной импульс с выхода делителя 4 сбрасывает на 0 делитель 6, осуществляя привязку к началу отсчета последующих десяток импульсов счета (принимаем n = 10). Каждый из выходных импульсов делителя 6 подтверждает сброс по входу R триггера 7, на инверсном выходе которого присутствует напряжение запрета счета счетчика-дешифратора 8, а прямой выход открыт для включения светодиодов 9. Приход импульса с делителя 3 сбрасывает на "0" счетчик-дешифратор 8 и перебрасывает триггер 7 в состояние S, в результате чего снимается запрет счета и отключаются светодиоды, т.е. осуществляется запрет света. Так как импульс с делителя 3 по времени совпадает с каким-либо импульсом внутри очередной "десятки", то счетчик-дешифратор 8 отсчитает ровно столько импульсов, сколько осталось до прихода импульсов конца этой "десятки" с делителя 6 и остановится, включив соответствующий светодиод до прихода следующего импульса с делителя 3. Если движения импульса "3" относительно "4" нет, то следующий импульс 3 включит тот же самый светодиод на индикаторе, т. е. огонек при этом неподвижен. При изменении интервала между импульсами 3 и 4 вследствие, например, появления предмета поиска, будут поочередно включаться соседние светодиоды, и огонек пойдет по кругу по или против часовой стрелки, индицируя наличие черного или цветного металла. The next pulse from the output of the divider 4 resets the divider 6 to 0, linking to the origin of the next ten count pulses (take n = 10). Each of the output pulses of the divider 6 confirms a reset at the input R of the trigger 7, at the inverse output of which there is a voltage inhibiting the count of the counter-decoder 8, and the direct output is open to turn on the LEDs 9. The pulse arrival from the divider 3 resets the counter-decoder 8 to “0” and flips the trigger 7 to state S, as a result of which the count prohibition is removed and the LEDs are turned off, i.e. a ban on light. Since the pulse from the divider 3 coincides in time with any pulse inside the next “tens”, the counter-decoder 8 will count out exactly as many pulses as there are left pulses from the end of this “ten” from the divider 6 and will stop by turning on the corresponding LED to the arrival of the next pulse from the divider 3. If there is no movement of the pulse "3" relative to "4", then the next pulse 3 will turn on the same LED on the indicator, that is, the light is still stationary. When changing the interval between pulses 3 and 4 due to, for example, the appearance of the subject of the search, adjacent LEDs will turn on alternately, and the light will go in a circle in a clockwise or counterclockwise direction, indicating the presence of ferrous or non-ferrous metal.

Для звуковой индикации применен стереозвуковой сигнализатор 10, правый и левый телефоны которого реагируют на импульсы различной полярности, возникающие в результате суммирования правильного меандра на входе фазового детектора 5 с прямоугольным сигналом со смещенной в ту или другую сторону скважностью на выходе фазового детектора 5 в соответствии с видом металла черным или цветным. For sound indication, a stereo-acoustic signaling device 10 was used, the left and right telephones of which respond to pulses of different polarity arising from the summation of the correct meander at the input of the phase detector 5 with a rectangular signal with a duty cycle shifted to one side or the other at the output of the phase detector 5 in accordance with the type metal black or color.

Принципиальная электрическая схема металлолискателя приведена на фиг. 2. В ней перестраиваемый генератор 1 выполнен на микросхеме DD1 и содержит передающую катушку, конденсатор C1 для ручной настройки и элементы R1, R2, C2, C3, D1 на выходе перестройки частоты. Опорный генератор 2 выполнен на микросхеме DD2, кварцевом резонаторе ZQ1 и резисторе R3. Делители 3 и 4 выполнены на микросхемах DD3 и DD4, делитель 6 и триггер 7 - на микросхемах DD5 и DD6,1, счетчик-дешифратор 8 - на микросхеме DD7. Фазовый детектор 5 выполнен на триггере DD6.2. Кроме того, имеется ряд согласующих элементов, выполненных на резисторах, конденсаторах и элементах микросхемы DD8, к выходам двух из них подключен стереосигнализатор BE. The circuit diagram of the metal detector is shown in FIG. 2. In it, the tunable generator 1 is made on the DD1 chip and contains a transmitting coil, a capacitor C1 for manual tuning, and elements R1, R2, C2, C3, D1 at the output of the frequency tuning. The reference generator 2 is made on a chip DD2, a quartz resonator ZQ1 and a resistor R3. Dividers 3 and 4 are made on DD3 and DD4 chips, divider 6 and trigger 7 are on DD5 and DD6,1 chips, counter-decoder 8 is on DD7 chip. Phase detector 5 is made on the trigger DD6.2. In addition, there are a number of matching elements made on resistors, capacitors, and elements of the DD8 chip, and a BE stereo stereo signal device is connected to the outputs of two of them.

Изобретение позволяет упростить работу с металлоискателями, свести к минимуму нагрузку на внимание и память оператора при определении вида металла (черный или цветной). The invention allows to simplify the work with metal detectors, to minimize the load on the attention and memory of the operator when determining the type of metal (black or non-ferrous).

Источники информации
1. Измерительное устройство, а.с. СССР 393713, G 01 V 3/10, 1973 г.Sources of information
1. The measuring device, and.with. USSR 393713, G 01 V 3/10, 1973

2. Металлоискатель, а.с. СССР 1327033, G 01 V 3/11, 1987 г. 2. Metal detector, and.with. USSR 1327033, G 01 V 3/11, 1987

3. Металлоискатель, а.с. 1422200, G 01 V 3/11, 1986 г. 3. Metal detector, and.with. 1 422 200, G 01 V 3/11, 1986

4. Радио Аматор (Киев), 5-7, 1993, с. 30. В. Петрушенко, Металлоискатель с повышенной чувствительностью. 4. Radio Amator (Kiev), 5-7, 1993, p. 30. V. Petrushenko, Metal detector with increased sensitivity.

5. Радио, N 10, 1994, с. 26, И. Александров, Металлоискатель с повышенной чувствительностью. 5. Radio, N 10, 1994, p. 26, I. Alexandrov, Metal detector with increased sensitivity.

6. Радио N 8, 1994, с. 33, Р. Скетерис, Три металлоискателя на микросхемах. 6. Radio N 8, 1994, p. 33, R. Sketeris, Three metal detectors on microcircuits.

7. Моделист-конструктор, N 4, 1996, с. 15. С электроникой за кладами (по материалам болгарского Млад конструктор). 7. Model designer, N 4, 1996, p. 15. With electronics for treasures (based on materials from the Bulgarian Mlad constructor).

Claims

A metal detector containing reference and tunable generators, an indication device made in the form of a chain of n LEDs arranged in the form of a ring or line, creating the effect of a "running light", a counter-decoder with n outputs, to which LEDs are connected, a divider by n and a trigger while the output of the divider by n is connected to the reset input R of the trigger, the direct output Q of which is connected to the common wire of the LEDs and constitutes a light inhibit circuit, and the inverse output

the trigger is connected to the input of the ban account of the EU counter-decoder, characterized in that the display device further comprises a first and second frequency dividers, a phase detector and a stereo sound signaling device, and the tunable generator is additionally equipped with a frequency tuning input, and the outputs of the tunable and reference generators are connected to the counting inputs C, respectively, of the first and second dividers, the output of the reference generator is also connected to the counting inputs C of the divider by n and the counter-decoder, the output of the first the divider is connected to the input of the installation S of the trigger, the reset input R of the counter-decoder and the first input of the phase detector, the output of the second divider is connected to the reset input R of the divider by n and the second input of the phase detector, the output of which is connected to the frequency tuning input of the tunable generator, and the stereo audio inputs signaling devices are connected to the input and output of the phase detector.