Альтернативные датчики для металлоискателей Кощей-20М/25К

Часть 9. Печатные датчики для Кощей 20М/25К

Из-за чрезвычайных обстоятельств одному из нас (Ю.К.) пришлось переехать на свою малую родину и снова стать приморским жителем. Но нет худа без добра, теперь появилась возможность уделить больше внимания такой актуальной разновидности поиска, как пляжная. Естественно применительно к нашим приборам. Собственно поиск по сухому песку никогда не составлял проблем. Проблемы у всех VLF приборов появляются при поисках по мокрому морскому песку в зоне прибоя и под водой. Дело в том, что морская соленая вода, как и металлы, является хорошим проводником электрического тока, поэтому датчик металлоискателя реагирует на приближение к такой поверхности. Если приближать датчик к такой поверхности со стороны воздуха (к морской поверхности или к мокрому соленому песку), то такая поверхность дает т.н. "фольгообразный сигнал". Т.е. сигнал с незначительным сдвигом фазы. Использовать пинпойнтинг в такой ситуации крайне сложно, т.к. такая поверхность сама "фонит". В селективном режиме также работать затруднительно. Придется существенно загрублять чувствительность и включать "усиленную" фильтрацию, а во время поисков пытаться держать датчик параллельно поверхности. Но т.к. на практике перемещать датчик таким образом невозможно, то ложные отклики во время перепадов по высоте неизбежны. Применительно к нашим Кощеям 20/25 это отклики в центральных секторах. К сожалению, в эти же сектора попадают и отклики от некоторых интересных объектов, в частности мелких ювелирных изделий. Поэтому избавиться от таких ложных откликов с помощью фазовой режекции (маскировки секторов) и фазовой фильтрации (отстройка от грунта) не получится.
Еще сложнее получается ситуация под водой. Здесь датчик находится в проводящей среде. Если подносить его к границе раздела сред вода-воздух вверху или вода-грунт внизу, то возникает обратная ситуация - сигнал становится "антифольгообразным" :-) т.е. его вектор разворачивается на 180 градусов. Для сухопутных приборов это совершенно нештатная ситуация. Ни один объект на воздухе не дает такой фазовый сдвиг при приближении. Поэтому и реакция приборов будет странной. При пинпойнте сигнал будет вести себя "наоборот" - нарастать при удалении от мишени, а в селективном режиме тоже будут ложные отклики из-за перепадов по высоте. Ну и особенно запутанная ситуация получается на мелководье, где и верхняя, и нижняя границы раздела сред находятся в зоне чувствительности датчика...

Тем не менее, разработанный нами несколько лет назад печатный датчик для Кощея-18М показывал неплохие результаты в морской воде: Ссылка1, Cсылка2. Они оказались намного лучше, чем у проволочных датчиков. Тогда мы не придали этому особого значения, т.к. в то время морской подводный поиск был не столь популярен. Теперь пришла пора разобраться с этим вопросом более детально. Эти датчики, кстати, все еще доступны для покупки у некоторых дилеров Мастер Кит (набор KIT NM8043). Для наших испытаний был заказан и изготовлен по альтернативной технологии аналогичный датчик диаметром 254мм.

Оказалось, что Кощеи 20/25 с такими датчиками тоже неплохо работают при нерезонансном возбуждении. Глубина по воздуху, правда, чуть поскромнее (26см на 5коп СССР), чем с Кощеем-18М. Это связано с тем, что в новых приборах иной принцип возбуждения передающей катушки (без рекуперации) и ток возбуждения получается на порядок меньше. Далее первым делом была детально исследована реакция прибора на морскую воду. Выяснилось, что реакция у такого датчика действительно намного меньше, чем у проволочных датчиков (кольцевых и DD). Таким датчиком вполне можно искать под водой в селективном режиме с включенными фильтрами 2 или 3 и слегка загрубленным порогом. Однако полноценный пинпойнтинг с таким датчиком оказался все-таки затруднительным. За время пляжного сезона 2015г. была проведена поэтапная проверка ряда гипотез и были выяснены причины "хорошего поведения" наших печатных датчиков в морской воде. Причины оказалисть такие: низкая индуктивность передающей катушки, нерезонасное возбуждение и частичная дифференциальность приемной катушки. Во время исследований были сделаны попытки оптимизации. Кроме указанных выше, критериями оптимизации были также выбраны уменьшение стоимости и улучшение чувствительности к мелким объектам в датчиках. В результате за это время нами были разработаны и испытаны еще три новых конструкции печатных датчиков для Кощеев-20/25: один датчик диаметром 238мм и два датчика диаметром 210мм(один обычный, второй дифференциальный) .

Для проведения полноценных подводных испытаний была изготовлена герметичная версия Кощея-25М и приобретены соответствующие вспомогательные инструменты. Кстати, Кощей-25М в таком исполнении (в сборе или только бокс электронного блока) Вы уже можете заказать у нашего партнера .

Результаты испытаний этих датчиков "на глубину по воздуху" сведены в таблицу. Все датчики испытывались на частоте 7кГц и токе возбуждения около 100мА.

По сухопутным меркам для объекта типа монета они достаточно скромные. Но в данном случае это не самое главное. Как уже указывалось ранее, главные критериями оптимизации при разработке этих датчиков было уменьшение чувствительности к морской воде, уменьшение стоимости (цена пропорциональна площади датчика) и улучшение чувствительности к мелким предметам. Т.е. эти датчики можно рассматривать как "морские снайперки".

Отдельно следует остановиться на свойствах нашего дифференциального печатного датчика. Этот датчик является "полностью дифференциальным" в сравнении с "частично дифференциальными" остальными печатными датчиками. Причем степень его дифференциальности очень высока за счет точности изготовления топологии катушек по печатной технологии. Такой точности трудно было бы достичь в датчиках с проволочными катушками. У этого печатного датчика есть свои сильные и слабые стороны. Конструктивно он содержит две приемные катушки. Одну из них условно можно назвать поисковой, а другую опорной. Ниже на рисунке примерно показаны зоны чувствительности этих катушек для такой мишени как 5 копеек СССР.

Красным цветом показана зона чувствительности поисковой катушки, синим - опорной. Фазы сигналов в этих катушках отличаются на 180 градусов. Поэтому если некий большой и однородный токопроводящий или ферромагнитный предмет попадает в зоны чувствительности обеих катушек, то сигналы от них самовычитаются. В этом и кроется основная причина слабой чувствительности этого датчика к морской воде и грунту. А вот мелкий предмет типа монеты одномоментно может попасть в зону чувствительности только одной катушки. И прибор его может зарегистрировать. При этом в селективном режиме прибор может "видеть цель" обеими катушками. Когда ее захватывает поисковая катушка, то имеем обычный отклик, как от любого другого датчика. Когда же ее захватывает опорная катушка, то имеем отклик как у ошибочно "инверсно откалиброванного ферритом" датчика :-) Судя по откликам на форуме md4u, за эти годы многие пользователи Кощеев-18/20/25 по тем или иным причинам сталкивались с этим явлением. Выглядит это так - в селективном режиме отклик от мишени есть(причем в правильном фазовом секторе), но появляется он с задержкой в несколько сот миллисекунд. В неселективном режиме (в пинпойнтинге) реакции на мишень нет. В отличие от обычных датчиков в дифференциальном датчике такая реакция опорной катушки является неизбежным злом. Но на практике это не так страшно. Достаточно захватить цель одной из катушек в селективном режиме, а затем перейти в пинпойнтинг и уточнить положение цели. Здесь реакция будет только у поисковой катушки. Обращаем ваше внимание, что максимум чувствительности у такого датчика находится не по центру, а сдвинут примерно на половину радиуса вперед. Именно к этому максимуму поисковой катушки нужно подносить феррит при фазовой калибровке. Также обращаем внимание на то, что диаграмма имеет два максимума - есть еще один слабый локальный максимум возле края датчика. Он проявляется только для близких целей. На практике эти нюансы осваиваются достаточно быстро и не доставляют особых хлопот. Следует также обратить внимание на такой негативный момент. В дифференциальном датчике сигнал получается в результате вычитания сигнала опорной катушки из сигнала поисковой катушки. Пока под опорной катушкой однородный грунт, все нормально. Однако, если под обе катушки одновременно попадают две мишени (например монета и гвоздь), то результат будет непредсказуем. Но здесь ничего не попишешь, такой же непредсказуемый результат получается у любого обычного датчика, когда в зоне его чувствительности одновременно попадает две мишени. Только там получается не разность, а сумма сигналов... Непонятная ситуация, присущая только дифференциальному датчику может возникнуть если одна из катушек находится над ровной поверхностью, а другая над выкопанной ямой. На практике это может привести, например, к такой ситуации: был четкий, но слабый "монетный" сигнал, копнули но не выкопали. Над выкопанной ямой сигнал пропал или стал нечетким. Здесь практический рецепт такой. Копнуть эту же ямку еще несколько раз и исследовать выкопанный грунт, т.к. теперь цель может маскироваться неоднородностью ямки...

На фото ниже показаны некоторые побочные результы наших исследований :-). Все предметы найдены на дне пляжа, подавляющее большинство из них дифференциальным датчиком.

Выводы

Первые три датчика вполне годятся для морских поисков с включенным фильтром 2 или 3 и слегка загрубленной чувствительностью. Чем больше размер датчика, тем сильнее ее надо загрублять. Пинпойнтинг под водой с ними возможен только "горизонтальный". На практике этот прием выглядит так: получили интересный сигнал в селективном режиме, отвели датчик в сторону и включили неселективный режим. Далее перемещаем датчик не меняя его высоты над дном. Максимум сигнала укажет нам что цель находится под центром датчика.

На первый взляд при сравнении по воздуху дифференциальный датчик выглядит "бледно" по отношению к своим собратьям. Выигрывает только по мелким целям. Однако главное преимущество этого датчика в том, что благодаря своей конструкции он имеет очень низкую чувствительность к морской воде и грунту! Поэтому под водой он дает те же параметры, что и по воздуху. Его чувствительность не нужно загрублять. В результате под водой он не только не проигрывает другим датчикам, но и порой превосходит их. Поиски с ним в зоне мокрого песка или под водой почти также комфортны как и с любым датчиком по суше. Пинпойнтинг с ним под водой тоже полноценный, как у обычного датчика на суше - в поисках максимума сигнала датчик можно перемещать и вертикально, и горизонтально. Второе немаловажное свойство этого датчика - это низкая чувствительность к внешним помехам. Например, с ним прибор вполне можно включать в помещении и он будет работать с высокой чувствительностью. Или более практичное использование этого свойства. В сухопутной поисковой практике многим поисковикам встречались потенциально интересные места, в которых все приборы буквально "сходят с ума" из-за подземных магистральных кабелей связи. В данной ситуации дифференциальный датчик должен существенно облегчить жизнь. Дифференциальному датчику присущи некоторые недостатки, описанные выше, но с нмим можно мириться.

В общем, по сумме факторов выбор "нашей редакции" в номинации "морской поиск" это дифференциальный печатный датчик :-) В ближайшее время будет налажено его мелкосерийное производство. Обращайтесь...