SU1831697A3

SU1831697A3 - Inductance converter of metal detector

Info

Publication number: SU1831697A3
Application number: SU904844473A
Authority: SU
Inventors: Viktor I Yanenko
Original assignee: Яhehko Bиktop Иbahobич
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1993-07-30

Description

Изобретение относится к геофидике, а именно к геофизической разведке с помощью электрических средств.The invention relates to geophidics, namely to geophysical exploration using electrical means.

Целью изобретения является повышение чувствительности металлодетектора к обнаружению самородных металлов.The aim of the invention is to increase the sensitivity of the metal detector to the detection of native metals.

Указанная цель достигается тем. что в индуктивном преобразователе металлодетектора, содержащем прямоугольные.генераторные и приемную рамки, расположенные в одной плоскости, генераторные рамки выполнены идентичными, расположены симметрично относительно генераторной оси таким образом, что одна из сторон генераторной рамки совпадает с генераторной осью, при этом обмотки генераторных рамок включе ны встречно-последовательно, приемная рамка охватывает обе генераторные рамки, при этом генераторная ось совпадает с осью симметрии приемной рамки, установленной с возможностью перемещения относительно генераторных рамок.This goal is achieved by that. that in the inductive converter of a metal detector containing rectangular generator and receiving frames located in the same plane, the generator frames are made identical, located symmetrically relative to the generator axis in such a way that one of the sides of the generator frame coincides with the generator axis, while the windings of the generator frames are included counter-sequentially, the receiving frame covers both generator frames, while the generator axis coincides with the axis of symmetry of the receiving frame, installed with the ability to move relative to the generator frames.

Выполнение генераторных рамок идентичными (с одинаковыми геометрическими размерами) и расположение их симметрично относительно генераторной оси таким образом, что одна из сторон генераторной рамки совпадает с генераторной осью, позволяет повысить чувствительность преобразователя. В этом случае генераторными рамками не накладываются друг на друга и тем самым не ослабляют друг друга, как аMaking the generator frames identical (with the same geometric dimensions) and arranging them symmetrically relative to the generator axis in such a way that one of the sides of the generator frame coincides with the generator axis makes it possible to increase the sensitivity of the converter. In this case, the generator frames do not overlap each other and thus do not weaken each other, as a

1831697 АЗ прототипе. Т е. не происходит уменьшения измеряемого вторичного электромагнитного поля.1831697 AZ prototype. That is, there is no decrease in the measured secondary electromagnetic field.

Обмотки генераторных рамок расположены по всему периметру генераторных рамок, причем на стороне генераторных рамок, совпадающей с генераторной осью обмотки размещены рядом (а не соосно). При этом обмотки генераторных рамок включены встречно-последовательно. Встречно-последовательное соединение обмоток - такое соединение обмоток, при котором протекающий по ним ток создает электромагнитные поля, направленные в противоположные стороны (в противофазе). Т.к. генераторные рамки выполнены идентичными, а генераторная ось совпадает с осью симметрии приемной рамки, что при встречно-последовательном соединении обмоток генераторных рамок, ЭДС, наводимые в приемной рамке первичными электромагнитными полями обеих генераторных рамок имеют одинаковые абсолютные значения и противоположны по знаку, поэтому будут взаимно компенсировать друг друга. При этом приемная рамка охватывает обе генераторные рамки, которые всегда находятся в плоскости приемной рамки. В противном случае в преобразователе возникают разбаланс, что значительно усложняет задачу компенсации ЭДС первичного электромагнитного поля, наводимую в приемной рамке и, тем самым, снизит точность измерений.The windings of the generator frames are located along the entire perimeter of the generator frames, and on the side of the generator frames, which coincides with the generator axis, the windings are placed side by side (and not coaxially). In this case, the windings of the generator frames are connected in anti-sequential manner. Counter-series connection of windings is such a connection of windings in which the current flowing through them creates electromagnetic fields directed in opposite directions (in antiphase). Because the generator frames are made identical, and the generator axis coincides with the axis of symmetry of the receiving frame, which, when the windings of the generator frames are interconnected in series, the EMF induced in the receiving frame by the primary electromagnetic fields of both generator frames have the same absolute values and are opposite in sign, therefore they will mutually compensate each other. In this case, the receiving frame covers both generator frames, which are always in the plane of the receiving frame. Otherwise, an imbalance occurs in the converter, which significantly complicates the task of compensating for the EMF of the primary electromagnetic field induced in the receiving frame and, thereby, reduces the measurement accuracy.

Таким образом, предложенная конструкция преобразователя позволяет улучшить компенсацию ЭДС первичного электромагнитного поля, наводимую в приемной катушке.Thus, the proposed design of the converter makes it possible to improve the compensation of the EMF of the primary electromagnetic field induced in the receiving coil.

Приемная рамка установлена с возможностью перемещения относительно генераторных рамок с целью компенсации . разбаланса, возникающего вследствие допусков на размеры рамок, число витков и т.д.The receiving frame is installed with the ability to move relative to the generator frames in order to compensate. imbalance arising from tolerances in the dimensions of the frames, the number of turns, etc.

Компенсация разбаланса производится путем перемещения приемной рамки относительно генераторных в направлении перпендикулярном генераторной оси из более сильного электромагнитного поля в более слабое. Перемещение приемной рамки относительно генераторных производится в одной плоскости. Генераторные рамки, образующие единую конструкцию, находятся внутри приемной рамки с целью симметрирования магнитных полей генераторных рамок относительно приемной рамки. После окончательного симметрирования (путем перемещения приемной рамки в направлении перпендикулярном генераторной оси, ЭДС индукции в приемной рамке от одной и от другой генераторной рамки будут вза имно компенсированы. Необходимость перемещения вызвана тем, что реально ось симметрии приемной рамки и генераторная ось не совпадает с осью симметрии электромагнитного поля, создаваемым генераторными рамками, поэтому возможность минимального перемещения приемной рамки позволяет точнее компенсировать ЭДС разбаланса. Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет повысить компенсацию первичного электромагнитного поля в приемной рамке и тем самым, повысить чувствительность преобразователя.Unbalance compensation is made by moving the receiving frame relative to the generator in the direction perpendicular to the generator axis from a stronger electromagnetic field to a weaker one. The movement of the receiving frame relative to the generator is carried out in one plane. The generator frames, forming a single structure, are located inside the receiving frame in order to balance the magnetic fields of the generator frames with respect to the receiving frame. After the final balancing (by moving the receiving frame in the direction perpendicular to the generator axis, the EMF of the induction in the receiving frame from one and the other generator frame will be mutually compensated. electromagnetic field created by the generator frames, therefore the possibility of minimal displacement of the receiving frame allows you to more accurately compensate the EMF imbalance.Thus, the proposed technical solution allows you to increase the compensation of the primary electromagnetic field in the receiving frame and thereby increase the sensitivity of the transducer.

Кроме того, при расположении генераторных рамок внутри приемной рамки, последняя не влияет на электромагнитное поле внутри генераторных рамок, не искажая его однородности, т.к. чувствительность преобразователя определяется электромагнитным полем внутри генераторных рамок (рабочее электромагнитное поле). В предлагаемой конструкции преобразователя происходит искажение электромагнитного поля вне контура генераторных рамок, не оказывая влияния на электромагнитное поле внутри генераторных рамок, а следовательно и на чувствительность преобразователя.In addition, when the generator frames are located inside the receiving frame, the latter does not affect the electromagnetic field inside the generator frames, without distorting its homogeneity, because the sensitivity of the transducer is determined by the electromagnetic field inside the generator loop (working electromagnetic field). In the proposed design of the converter, the electromagnetic field is distorted outside the loop of the generator frames, without affecting the electromagnetic field inside the generator frames, and therefore on the sensitivity of the converter.

С целью исключения образования мертвой зоны (зоны нечувствительности) обмотки генераторных рамок размещены без зазоров.In order to exclude the formation of a dead zone (dead zone), the windings of the generator frames are placed without gaps.

Токи обмоток генераторных рамок, питаемых гармоническим сигналом, создают в окружающем пространстве электромагнитное поле, распространяемое в этом пространстве. При попадании в область распространения данного поля электропроводящих объектов (металлов) в них наводятся вихревые токи от действия этого электромагнитного поля. Вихревые токи в свою очередь, создают вторичное электромагнитное поле, распространяемое в пространстве. Это вторичное электромагнитное поле наводит в приемной катушке ЭДС индукции, которое регистрируется измерительным прибором.The currents of the windings of the generator loops, fed by a harmonic signal, create an electromagnetic field in the surrounding space, which propagates in this space. When electrically conductive objects (metals) enter the area of distribution of this field, eddy currents are induced in them from the action of this electromagnetic field. Eddy currents, in turn, create a secondary electromagnetic field that propagates in space. This secondary electromagnetic field induces an EMF of induction in the receiving coil, which is recorded by a measuring device.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии данного технического решения критерию изобретения положительный эффект.Thus, it can be concluded that this technical solution meets the criteria of the invention, a positive effect.

Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями в области науки и техники не позволило выявить в них совокупность отличительных признаков, характеризующее данное техническое решение. Это позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критерию изобретения существенные отличия.Comparison of the proposed technical solution with other technical solutions in the field of science and technology did not make it possible to identify in them a set of distinctive features that characterize this technical solution. This allows us to conclude that this technical solution meets the criterion of the invention, significant differences.

На.чертеже изображена схема предлагаемого преобразователя.The drawing shows a diagram of the proposed converter.

Индуктивный преобразователь металлодетектора содержит прямоугольные генераторным рамки (на чертеже не показаны) с обмотками 1 и 2 и приемную рамку 3. Генераторные рамки выполнены идентичными (имеют одинаковые геометрические размеры) и расположены симметрично относительно генераторной оси. При этом одна из сторон каждой генераторной рамки совпадает с генераторной осью. Обмотки 1 и 2 включены встречно-последовательно. Приемная рамка 3 охватывает обе генераторные рамки, при этом генераторная ось совпадает с осью симметрии приемной рамки 3. Приемная рамка 3 установлена с возможностью перемещения относительно генераторных рамок, для этого мех<ду приемной рамкой 3 и генераторными рамками установлена упругая прокладка 4, например, из резины, позволяющая перемещать приемную рамку 3 относительно генераторных в направлении перпендикулярном генераторной оси с помощью регулировочных винтов (на чертеже не показаны). К обмоткам 1 и 2 подключен генератор тока 5, а к выходам приемной рамки 3 подключен вольтметр 6.The inductive transducer of the metal detector contains a rectangular generator frame (not shown in the drawing) with windings 1 and 2 and a receiving frame 3. The generator frames are identical (have the same geometric dimensions) and are located symmetrically relative to the generator axis. In this case, one of the sides of each generator frame coincides with the generator axis. Windings 1 and 2 are connected in anti-series. The receiving frame 3 covers both generator frames, while the generator axis coincides with the axis of symmetry of the receiving frame 3. The receiving frame 3 is installed with the ability to move relative to the generator frames, for this mech <du receiving frame 3 and the generator frames an elastic spacer 4 is installed, for example, from rubber, allowing you to move the receiving frame 3 relative to the generator in the direction perpendicular to the generator axis using adjusting screws (not shown in the drawing). A current generator 5 is connected to windings 1 and 2, and a voltmeter 6 is connected to the outputs of the receiving frame 3.

В качестве элементов схемы взяты следующие устройства:The following devices were taken as elements of the circuit:

- генератор тока 1 = 100 мА;- current generator 1 = 100 mA;

- приемная катушка, число витков 500, провода - 0,1 мм;- take-up coil, number of turns 500, wires - 0.1 mm;

- рамка приемная (31,0x16,0) см;- receiving frame (31.0x16.0) cm;

- генераторным рамки (30,0 х 15.0) см;- generator frame (30.0 x 15.0) cm;

- генераторная обмотка - 2x200 Вт; провода - 0,3 мм;- generator winding - 2x200 W; wires - 0.3 mm;

- вольтметр с диапазоном 0,001-5 В.- voltmeter with a range of 0.001-5 V.

Индуктивный преобразователь металлодетектора работает следующим образом: обмотки 1 и 2 генераторных рамок питаются гармоническим переменным током, поступающим от генератора 5 тока, при этом в окружающем пространстве создается электромагнитное поле. При появлении в зоне действия преобразователя электропроводящих объектов, в них. как уже отмечалось выше, возникают вихревые токи, которые, в ' свою очередь, создают вторичное электромагнитное поле, которое наводит в приемной рамке 3 ЭДС индукции, которая регистрируется вольтметром 6. По появлению сигнала на вольтметре 6 судят о наличии электропроводящего объекта.The inductive converter of the metal detector works as follows: the windings 1 and 2 of the generator frames are powered by a harmonic alternating current supplied from the current generator 5, while an electromagnetic field is created in the surrounding space. When electrically conductive objects appear in the area of the converter, in them. as already noted above, eddy currents arise, which, in turn, create a secondary electromagnetic field, which induces an induction EMF in the receiving frame 3, which is recorded by a voltmeter 6. By the appearance of a signal on the voltmeter 6, the presence of an electrically conductive object is judged.

Использование предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом позволяет повысить чувствительность преобразователя в 10 раз.The use of the proposed converter in comparison with the prototype makes it possible to increase the sensitivity of the converter by a factor of 10.

Повышение чувствительности в 10 раз по сравнению с прототипом обосновывается следующим образом.A 10-fold increase in sensitivity compared to the prototype is justified as follows.

Во-первых, в прототипе (а.с. № 1099300) электромагнитные поля генераторных катушек накладываются друг на друга, а т.к. их обмотки соединены встречно-последовательно, то при наложении электромагнитные поля обеих генераторных рамок вытягиваются. Т.к. линейные размеры генераторных рамок соотносятся как 6:2, то происходит соответствующее ослабление поля, наводимого током, протекающим по обмоткам генераторных рамок, что <в свою очередь, уменьшает ЭДС, наводимую в приемной катушке, что снижает чувствительность прототипа.Firstly, in the prototype (and.with. No. 1099300), the electromagnetic fields of the generator coils are superimposed on each other. their windings are connected in anti-series, then when superimposed, the electromagnetic fields of both generator frames are stretched. Because the linear dimensions of the generator frames are related as 6: 2, then there is a corresponding weakening of the field induced by the current flowing through the windings of the generator frames, which in turn reduces the EMF induced in the receiving coil, which reduces the sensitivity of the prototype.

В предлагаемом же преобразователе электромагнитные поля генераторных рамок не накладываются друг на друга и поэтому не ослабляют друг друга. Что повышает чувствительность устройства по сравнению с прототипом примерно на 30%.In the proposed converter, the electromagnetic fields of the generator frames are not superimposed on each other and therefore do not weaken each other. This increases the sensitivity of the device in comparison with the prototype by about 30%.

Кроме того, отсутствие корректировки разбаланса (в прототипе), возникающего вследствие технологических допусков на размеры рамок, число витков, качество намотки и т.д. резко снижает чувствительность устройства по прототипу. Т.е. вследствие невозможности корректировки разбаланса в прототипе не происходит компенсации ЭДС первичного электромагнитного поля, наводимую в приемной катушке. Уровень ЭДС первичного электромагнитного поля, наводимой в приемной катушке, на порядок выше ЭДС, наводимой в приемной катушке от вторичного электромагнитного поля.In addition, there is no correction of the imbalance (in the prototype) arising from technological tolerances for the dimensions of the frames, the number of turns, the quality of the winding, etc. dramatically reduces the sensitivity of the prototype device. Those. due to the impossibility of correcting the imbalance in the prototype, there is no compensation for the EMF of the primary electromagnetic field induced in the receiving coil. The level of the EMF of the primary electromagnetic field induced in the receiving coil is an order of magnitude higher than the EMF induced in the receiving coil from the secondary electromagnetic field.

В предлагаемом устройстве имеется возможность полной компенсации ЭДС первичного электромагнитного поля, наводимой в приемной катушке, вследствие разбаланса устройства, что позволяет повысить на порядок(в 10 раз)чувствительность предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.In the proposed device, it is possible to fully compensate for the EMF of the primary electromagnetic field induced in the receiving coil, due to the imbalance of the device, which makes it possible to increase the sensitivity of the proposed device by an order of magnitude (10 times) in comparison with the prototype.

Claims

Claim

An inductive metal detector converter containing rectangular generator and receiving frames located in the same plane, characterized in that, in order to increase sensitivity, the generator frames are made identical, arranged symmetrically relative to the generator axis so that one of the sides of the generator frame coincides with the generator axis, while the windings of the generator frames are connected oppositely in series, the receiving frame covers both generator frames, while the generator axis coincides with the axis of symmetry of the receiving frame installed with the ability to move relative to the generator frames.