3 Анализ электрической функциональной и принципиальной схемы устройства
3.1 Функциональная схема устройства
На рисунке 3.1. приведена функциональная схема проектируемого металлодетектора. В состав устройства входит генераторная, приемная рамка, канал формирования импульсов и канал обработки полезного сигнала. Микроконтроллер (МК) формирует импульсы, которые с выходов усилителей мощности, включенных по мостовой схеме, подаются на генераторную рамку. Сканирующее магнитное поле создает в обнаруживаемом металлическом предмете вихревые токи, порождающие переизлученное магнитное поле. Переизлученное магнитное поле наводит в приемной рамке полезный сигнал. Так как достоверно известна фаза принимаемого сигнала и его временное положение, для повышения помехоустойчивости схемы применяется синхронное детектирование.Синхронный детектор собран на двух операционных усилителях, включенных по инвертирующей и неинвертирующей схемах, и двух аналоговых ключах, которые синхронно с управляющими сигналами подключают выходы усилителей к интегратору. Напряжение на интеграторе пропорционально амплитуде полезного сигнала, наведенного в катушке. Управление ключами и формирование временных задержек между импульсами осуществляет микроконтроллер. После усиления и фильтрации отклик от канала подаются на МК, для оцифровки и передачи его в ПК. МК соединяется с ПК посредством преобразователя сигналовFT4232H производителя Future Technology Devices International Ltd. Данная микросхема также позволяет эмулировать работу с МК через интерфейч JTAG, что упрощает программирование и отладку прибора.
Рисунок 3.1 – Функциональная схема металлодетектора
3.2 Конструкция генераторных рамок
На рисунке 3.2 показаны линии магнитной индукции, создаваемые плоской катушкой, выполненной в виде рамки [3]. Применение такой конструкции катушки в качестве генераторной рамки металлодетектора имеет один существенный недостаток. Пусть предмет поиска выполнен в виде тонкой пластины и проносится параллельно плоскости X0Z. Над центральной частью катушки практически отсутствуют линии индукции, которые пронизывали бы такую пластину под прямым углом, что является необходимым условием для возникновения вихревых токов в ней. Следовательно, обнаружение в таком случае будет затруднительно, либо вовсе невозможно. Пластина, проносимая параллельно плоскостям Х0Y и Y0Z, будет пронизываться линиями поля ZК и Xк , и будет обнаружена.
Рисунок 3.2 – Линии магнитной индукции катушки с током
Чтобы обнаруживать тонкие предметы любой ориентации, следует использовать две генераторные рамки. В данном устройстве стоит цель совместить функциональность и компактность, потому используется только одна генераторная рамка и один канал обработки сигналов.
3.3 Структурная схема устройства
На рисунке 3.3 приведена структурная схема разрабатываемого устройства. Управление формирователями импульсов и синхронными детекторами, оцифровка обработанного сигнала , обмен данными и командами с персональным компьютером, осуществляет микроконтроллер. Задание параметров работы осуществляется с ПЭВМ, при помощи специально разработанного программного обеспечения.
USB
Рисунок 3.3 – Структурная схема металлодетектора
Для обеспечения работы металлодетектора необходима аккумуляторная батарея 12 В.