Аналіз принципів виявлення металевих предметів

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

Принцип дії металодетекторів заснований на реєстрації несталих сигналів вторинного поля, створеного вихровими струмами внаслідок перемагнічування металевих предметів, які вносяться до первинного імпульсного електромагнітного поля [5]. Відомо, що магнітне поле, яке змінюється у часі, породжує електричне поле, а змінюване електричне поле породжує магнітне. У замкненому контурі, що проводить електричний струм, у свою чергу виникає вторинний струм при зміні кількості ліній магнітної індукції, яка пронизує площу, що обмежена цим контуром.

У разі збільшення магнітного потоку крізь витки котушки індукційний струм протікає в тому напрямку, аби створюване ним магнітне поле перешкоджало би зростанню магнітного потоку крізь витки котушки. Це – правило Ленца, згідно з яким індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, протидіє тій зміні магнітного потоку, якою викликаний цей струм.

Електричне поле, що виникає при зміні магнітного потоку, має зовсім іншу структуру, ніж електростатичне. Воно не пов'язане безпосередньо з електричними зарядами, а його лінії напруженості не можуть на них починатися і закінчуватися. Вони взагалі ніде не починаються і не закінчується, а є замкнутими лініями, подібними до ліній індукції магнітного поля. Це вихрове електричне поле (рис. 1.6).

Особливо великого значення індукційні струми досягають у масивних провідниках, тому що їхній опір малий. Ці струми називають струмами Фуко. Якщо до ідеального провідника піднести електромагніт, то при увімкненні струму в магніті виникають вихрові струми, і кожний магнітний потік обов’язково пройде через контур. Оскільки вихрові струми створюють протилежні поля, магніти від провідника відштовхуються.

У провіднику є не тільки сили відштовхування за рахунок вихрових струмів, але і бокові сили. Якщо пересувати магніт над поверхнею, яка проводить струм, вихрові струми створюють гальмівну силу, тому що індукційні струми перешкоджають зміні потоку. Такі сили пропорційні швидкості і схожі на сили в’язкості.

В’язкий характер сили виявляється ще більш наочно, якщо мідну пластинку розташувати між полюсами магніту і після цього відпустити її. Пластинка не падає, вона просто поволі опускається.

Швидкість затухання вихрових струмів у металевих об'єктах контролю (ОК) визначається їхньою величиною, формою, орієнтацією в полі блоку датчиків (БД), опором та магнітною проникністю.

Для однозначної селекції предметів довільної форми виключається залежність швидкості згасання сигналу від форми і орієнтації в магнітному полі БД. Це досягається за рахунок створення в БД ортогонального трикомпонентного вторинного поля в трьох проекціях предметів пошуку, їхнього інтегрування і обчислення сумарного узагальненого параметра, що характеризує розмір предмета та його електромагнітні властивості.

Знаючи величини узагальнених параметрів завадоутворюючих об’єктів і предметів пошуку, можна забезпечити надійний їх розподіл (селекцію) незалежно від форми, орієнтації і їхнього розташування в об’ємі БД. З цією метою зареєстрований сигнал, пропорційний значенню параметра предмета, порівнюється із заздалегідь запрограмованими опорними напругами, що характеризують задані розміри предметів виявлення, наприклад, трьох класів: малий, середній і великий. При досягненні сигналом відповідного рівня опорної напруги видається сигнал виявлення предмета та інформація про його розміри.

Основними технічними характеристиками металодетектора є:

– чутливість – визначається найменшою величиною металевого предмета, який може бути виявлений за допомогою металодетектора (МД). З чутливістю пов’язана далекість виявлення предмета (відстань до предмета, глибина його залягання тощо). На практиці для оцінки чутливості користуються приблизними даними про об’єм або масу предмета;

– селективність – здатність встановлювати факт присутності об’єкта пошуку (ОП) на фоні одночасної наявності предметів особистого користування (ПОК), не даючи при цьому хибних тривог (сигналізації) від ПОК при відсутності ОП. Ця характеристика пов’язана з ймовірністю виявлення ОП;

– завадостійкість – ступінь захисту від впливу перешкод, викликаних електромагнітними джерелами (силові електромережі, люмінесцентні лампи, монітори, телевізори тощо), а також конструкціями, що містять метал (двері, кабіни ліфтів тощо).

Розглянемо принцип роботи металодетектора на прикладі його структурної схеми, що наведена на рис. 1.7.

Імпульси струму подаються від підсилювача потужності до котушок індуктивності блока датчика. Послідовність надходження імпульсів та їхня тривалість, а також керування вхідними пристроями тракту обробки прийнятих електричних сигналів датчика обумовлюються параметрами та функціями опорного генератора.

Тракт обробки прийнятих сигналів складається з вхідних пристроїв, підсилювача, аналізатора, фотосистеми, лічильників проходів і сигналів тривог, звукової та світлової сигналізації.

Сигнали датчика перетворюються у напруги, які керують пристроями світлової та звукової сигналізації і лічильником кількості сигналів тривог. Підрахування кількості проходів контрольованих осіб здійснює фотосистема. Випромінювачі та приймачі інфрачервоного діапазону розташовані у панелях датчика.

Вузол живлення перетворює змінну напругу мережі у постійні та змінні напруги живлення електричних кіл приладу.

Зовнішні електромагнітні поля можуть створити у котушках датчика завади, які достатні для спрацьовування звукової та світлової сигналізації тривоги. Для зменшення помилкових спрацьовувань у приладі передбачені два режими роботи: очікування та контролю.

У режимі очікування прилад увімкнений та підготовлений до роботи, але тракт обробки сигналів знаходиться у стані, який виключає проходження сигналів.

Перехід металошукача з режиму очікування до режиму контролю здійснюється автоматично в момент входу людини до контрольної зони датчика. У цьому режимі прилад працює протягом часу, який необхідний для перевірки контрольованої особи, після чого автоматично повертається до режиму очікування.

Усі вузли мають схеми контролю, на виході яких присутні сигнали високого рівня за умови надходження на їхні входи певних сигналів вузла. Вихідні сигнали таких схем збираються аналізатором, і вже цей загальний сигнал впливає на подальшу роботу приладу.

Опорний генератор необхідний для формування імпyльсних напруг U1, U2, U3, U1.1, U2.1, U3.1, U1.2, U2.2, U3.2.

Опорний генератор формує зондуючі імпульси з частотою слідування 405 Гц і тривалістю 320 мкс, а також строби тривалістю 16мкс. Опорний генератор вміщує в собі кварцовий генератор частоти 60, 83 кГц і подільник частоти D1 та D3 із загальним коефіцієнтом ділення 150.

Датчик складається з електромагнітного датчика та фотосистеми. Бокові панелі А і Б конструкційно з’єднуються в один блок датчика за допомогою балок.

У вхідному пристрої провадиться первинна обробка сигналів U_с1, U_с2, U_с3, що створюються на резисторах R1, R2 і R18, та оптимальне узгодження датчика з трактом обробки сигналу.

Підсилювач, функціональна схема якого показана на рис. 1.8, виконаний за двоканальною схемою. Кожний з каналів має ідентичну реалізацію і містить багатокільцевий ФНЧ зі смугою 5 Гц, суматор та ППС А1 та А5 (А4, А7). Для зменшення температурного дрейфу ППС у колі зворотного зв’язку увімкнені інтегратор А2 (А3) і електронний ключ А6.

Під час очікування електронний ключ А6 вимкнутий сигналом U_фс1 від фотосистеми і ППС знаходиться у режимі швидкої компенсації. Під час контролю електронний ключ А6 замикається і ППС переходить у режим повільної компенсації. Електронний ключ А6 – двоканальний і компенсує сигнали обох ланцюгів підсилювача.

Аналізатор(рис. 1.9) виявляє сигнали від об’єктів, які підлягають розшуку, та формує сигнали для увімкнення звукової та світлової сигналізації. У вихідному стані порогові схеми – компаратори ПК1 та ПК2 замкнуті для сигналів U_S₁ і U_S₂ напругами U_п1 та U_п2, які надходять від перемикача Режим. В залежності від режиму роботи напруги U_п1 та U_п2 виставляються зовнішнім перемикачем S1 Режим. Після входу авіапасажира до контрольованої зони фотосистема генерує сигнал U_фс2, який надходить до схеми збігу (СЗ). Якщо при цьому спрацьовують обидва компаратори ПК1 та ПК2, то вмикається реле часу КТ і з нього надходять сигнали U_ТР до лічильника кількості сигналів тривог, а також для відкриття електронного ключа ЕК, крізь який напруга U1.2 надходить до формувача звукового сигналу тривоги.

Рис.1.8. Функціональна схема підсилювача металодетектора

Рис.1.9. Функціональна схема аналізатора металодетектора

Після входу авіапасажира до контрольованої зони фотосистема генерує сигнал U_фс2, який надходить до СЗ. Якщо при цьому спрацьовують обидва компаратори ПК1 та ПК2, то вмикається реле часу КТ і з нього надходять сигнали U_ТР до лічильника кількості сигналів тривог, а також для відкриття електронного ключа ЕК, крізь який напруга U1.2 надходить до формувача звукового сигналу тривоги. Гучність звукового сигналу регулюється зовнішнім потенціометром Гучність, з якого частина звукового сигналу після підсилювача потужності А5 подається на гучномовець В1.

Реле часу КТ визначає тривалість звукової та світлової сигналізації тривоги. Одночасно від реле часу КТ після схеми заборони СЗ сигнал надходить до тиристора, який розміщений у електронному блоці поза платою аналізатора. Зелений індикатор, який живиться від тиристора, вимикається, а червоний – вмикається.

У аналізаторі розташовані елементи контролю працездатності функціональних вузлів металошукача.

Якщо у якомусь вузлі спрацьовує схема контролю CK, то сигнал від неї надходить на один із входів мікросхеми D2, яка формує сигнал аварії, що надходить через схему заборони СЗ до формувача F5 у вузлі фотосистеми. Після цього гасне табло “Ідіть” і вмикається табло “Стійте”. Цим же сигналом зі схеми D2 після підсилювача V33 висвічується табло Несправність на передній панелі електронного блока.

Під час несправності відрахування сигналів тривог не провадиться. Табло Несправність висвічується до відновлення працездатності металошукача.

Фотосистема керує роботою приймального тракту, лічильниками кількості проходів, висвітленням табло “Стійте” та “Ідіть”.