2.Дифференциально-мостовой датчик

Схема датчика приведена на рис. 1.4. Две одинаковые катушки ин­дуктивности соединены последовательно и согласно. Катушки совмещают функции передающих и приемных. Совместно с остальны­ми элементами схемы они образуют последовательный колебательный контур, настраиваемый в резонанс с автогенератором металоискателя с помощью конденсатора С2.

При положительной полуволне питающего напряжения токи катушек проте­кают, соответственно, через диод D1 и конденсатор С1 и через диод D2 и конденсатор C3. При отрицательной полуволне через конденса­тор C1 и диод D2 протекает ток катушки L1, а через конденсатор C3 и диод D3 протекает ток ка­тушки L2.

Если индуктивности катушек, параметры диодов и емкости конденсаторов попарно одинаковы, то напряжения на конденсаторах С1 и СЗ имеют одинаковую амплитуду в обоих полупе­риодах и синфазны. Поэтому выходное напряжение датчика Uд, как раз­ность падений напряжений на конденсаторах, равно нулю.

В реальной схеме идентичности параметров одноименных элементов из-за технологических погрешностей их изготовления нет. Поэтому амплитуды полуволны напряжений на конденсаторах С1 и СЗ различны, и на них появляются постоянные составляющие противоположные по знаку. В результате выходное напряжение датчи­ка имеет не равное нулю значение, называемое остаточным напряжени­ем датчика.

При внесении в поле датчика металлического предмета возникает добавочная асимметрия индуктивностей катушек, зависящая от расстояния между катушками и предметом, его размера и массы. Обусловленное этой добавочной асимметрией изменение выходного напря­жения является полезным сигналом датчика.

Для увеличения чувствительности датчика, в устройство обработки сигнала вводится схема автоматической компенсации остаточного напряжения. При отсутствии металлического предмета в поле датчика компенсатор уменьшает выходное напряжение устройства обработки до значения меньшего порога обнаружения. При появлении металлического предмета выходное напряжение устройства обработки возрастает и превышает порог, т.е. происходит об- наружение появившегося объекта поиска. Однако одновременно схема автоматической компенсации начинает отработку возникшего рас­согласования. Через время, зависящее от постоянной времени следя­щей системы, выходное напряжение устройства обработки будет уменьшено до подпорогового уровня.

Из сказанного следует, что: выходное напряжение дифференциаль­но-мостового датчика является постоянным напряжением, которое пред­ставляет собой алгебраическую сумму остаточного напряжения и по­лезного сигнала и может иметь положительное или отрицательное зна­чение относительно общей шины; выход датчика симметричный; вход­ной каскад устройства обработки должен выполнять операцию вычита­ния напряжений, имеющихся на конденсаторах С1 и С3.

3.Трансформаторный датчик.

Применяется в стационарных металлоискателях, иногда называется

индукционным.

Принцип действия датчика поясняется рис. 1.5 и 1.6. Передающая катушка L3 имеет вид прямоугольной рамки (см. рис. 1.5). На боковых сторонах рамки расположены приемные катушки L1 и L2 так, что их одноименные выводы находятся вверху. Катушки соединены параллель­но. В местах расположения приемных катушек синусоидальный переменный ток передающей катушки протекает в противоположных направлениях. Поэтому ЭДС, наведенные в приемных катушках, про-тивофазны и порождают в них ток I, показанный на эквивалентной схеме рис. 1,6.

Можно показать, что при совершенно одинаковых приемных катушках выходное напряжение датчика равно нулю. Поскольку из-за технологических погрешностей изготовления иден­тичность приемных катушек невозможна, трансформаторному датчику присуще остаточное напряжение. Выходное напряжение трансформаторного датчика - переменное. В устройстве обработки сигнала должна быть схема автомати­ческой компенсации остаточного напряжения. Металлический предмет, внесенный в электромагнитное поле дат­чика, изменяет индуктивности катушек, и на выходе датчика возникает полезный сигнал.

Сравнительная характеристика датчиков

Основное различие между рассмотренными типами датчиков связа­но с остаточным напряжением.

Металлоискатели с дифференциально-мостовыми и трансформатор­ными датчиками схемотехнически сложнее» так как должны иметь сле­дящую систему компенсации остаточного напряжения. Обнаружение ими металлического предмета принципиально возможно лишь при от­носительном перемещении поискового элемента и объекта досмотра.

Напротив, металлоискатели с вихретоковыми датчиками могут ра­ботать в обоих режимах. Схемотехнически они проще. Но в процессе эксплуатации зачастую требуются оперативные регулировки. В первую очередь это относится к простейшему металлоискателю с вихретоковым преобразователем.

Для переносных металлоискателей, по-видимому, наиболее подходя­щим является дифференциально-мостовой датчик. Во-первых, потому, что металлоискатель с этим датчиком не требует оперативных регули­ровок. Во-вторых, сформировать постоянное компенсирующее напря­жение легче, чем переменное.

Трансформаторный датчик лучше соответствует стационарным металлоискателям. В них приемные катушки расположены на значительном рас­стоянии друг от друга, и их взаимное влияние минимально. Однако сфор­мировать переменное компенсирующее напряжение сложнее, чем посто­янное. Это обусловлено сложностью подгонки фазы компенсирующего на­пряжения. Стационарные металлоискатели с электромеханической следя­щей системой (например, типа МИС) в процессе эксплуатации нуждаются в оперативной регулировке. Электронная следящая система автокомпенсации, выполненная на современной элементной базе, значительно улучшает их эксплуатационные качества.

Заключение.

Итог занятия, задание на самоподготовку.

Доцент кафедры ОАБ Вербицкий Ю. А.