Альтернативные датчики для металлоискателя

Кощей-18М (ВМ8043)

 

Часть 7. Эксперементальный ферритовый

датчик «рамка-стержень»

 

Идея использования ферритовых стержней в датчике металлоискателя, в общем-то, не нова. Такие датчики применяются в некоторых простых устройствах, например в  приборах для поиска скрытой проводки и т.д. Нам же давно хотелось испытать “ферритовый датчик” в более сложном приборе -  индукционном металлоискателе. Интуитивно от такого датчика  ожидалось получить, как минимум, уменьшение габаритов катушек и некоторую фокусировку диаграммы направленности. Что из этого получилось на деле, смотрите дальше.

Один из интересных рабочих вариантов – это датчик с ортогональным расположением приемной и передающей катушек. Он удобен тем, что без труда «вписывается» в обычный конструктив датчика металлоискателя. Для приемных катушек берется ферритовый стержень марки М400НМ длиной 200мм и диаметром 10мм. Такие стержни широко применялись и применяются в качестве магнитных антенн ДВ-СВ диапазонов радиоприемников. Предварительно этот стержень нужно укоротить до 182-184мм. Для этого на нем нужно сделать круговой надпил с помощью наждака и аккуратно отломить лишний кусок, удерживая его плоскогубцами. Дальше на стержень наматывается приемная дифференциальная катушка, состоящая из двух одинаковых обмоток. Каждая такая секция содержит по 400витков провода 0.15-0.2мм. Для удобства намотки лучше взять провод с дополнительной шелковой изоляцией, хотя вполне допустимо мотать и обычным эмальпроводом. Катушки мотаются виток к витку в два слоя. Расположение обмоток показано на фото ниже. Процесс намотки можно существенно облегчить подручной механизацией – для этого стержень нужно аккуратно зажать в патроне шуруповерта, закрепить на нем начало провода с помощью кусочка изоленты и включить вращение на самых малых оборотах. Свободной рукой производим укладку витков. При намотке не следует прилагать к стержню больших механических нагрузок, так как он достаточно хрупок.  После намотки удаляем изоленту и свиваем концы катушек в витые пары.

 

 

 

Дальше берем заливочную форму и укладываем в нее стержень с приемными катушками. Для этого нам потребуется прорезать в форме в соответствующих местах два круглых отверстия. Также укладываем в форму передающую катушку. Передающая катушка должна содержать 24 витка провода 0.63-0.67, намотанного на оправке диаметром 182мм.

 

 

 

 

 

Далее подключаем катушки к Кощею-18М. Приемные катушки при этом нужно включить встречно-последовательно. Далее подбираем баланс, изгибая вверх-вниз витки передающей катушки возле торцов стержня. Нулевой баланс, в общем-то, достигается легко. Но его положение достаточно шатко. Поэтому за балансом нужно будет следить и во время затвердевания смолы. И, при необходимости, корректировать его с помощью небольших деревянных палочек (например зубочисток). Перед заливкой нужно не забыть загерметизировать пластилином отверстия в местах прохождения стержня сквозь форму и отверстие выхода проводов из заливочной формы.

 

 

 

Также перед заливкой армируем свободные полости отрезками стеклоткани. Затем, как обычно заливаем, дожидаемся застывания смолы, и извлекаем датчик.

 

 

 

 

Предварительные исследования показали, что такой датчик не нуждается в экранировании! Поэтому дальнейшие этапы сборки такие же, как в конструкции концентрического датчика – устанавливаем датчик в верхнюю часть корпуса, подпаиваем кабель, выполняем окончательную балансировку с помощью петель, закрепляем их и приклеиваем нижнюю крышку. Получаем конструкцию, которая внешне ничем не отличается от предыдущей.

 

Теперь можно приступать к фазовой калибровке тракта. Здесь вначале следует обратить особое внимание на особую диаграмму направленности такого датчика. Она имеет главный максимум в центре и два локальных максимума в районе возле концов стержня. Причем, фаза отклика в побочных максимумах инверсная по отношению к фазе в основном максимуме. В этом ничего необычного нет – подобные диаграммы направленности имеют те же DD датчики. Основная же необычность в том, что диаграмма направленности у такого датчика инверсная при приближении целей сверху и снизу, в отличие от большинства типовых датчиков! Т.е. такой датчик будет иметь разную чувствительность сверху и снизу, вплоть до частичной “слепоты” сверху в некоторых поисковых режимах. Это объясняется тем, что индикация мишени в металлоискателе осуществляется по отклику продетектированного сигнала строго определенной полярности. Поэтому важно правильно выполнить фазовую калибровку тракта. Все инструкции по калибровке, относящиеся к предыдущим  датчикам остаются в силе. Но теперь при настройке имеет значение, с какой стороны к датчику подносить феррит – нужно обязательно по центру и только снизу (т.е. с той стороны, с которой будет происходить поиск). В нашем случае получилось 153.3 градуса для частоты 7кГц и 170.8 градусов для частоты 14кГц. У вас эти величины могут оказаться либо близкими к указанным, либо отличаться от них примерно на 180 градусов. Главное, чтобы при приближения феррита шкалы сдвигались в нужную сторону (X, dX – практически оставалась на месте, Y, dY- влево). А связана эта неоднозначность с тем, что к кабелю катушки подключаются без учета их фазировки. Мы специально здесь не стали приводить схему подключения катушек к кабелю, так как с фазировкой  легко запутаться, несмотря на всю простоту этой схемы. А по большому счету – указанное обстоятельство для этого датчика не столь и важно – любую взаимную фазировку передающей и приемных катушек можно подстроить подгонкой фазы в сервисном режиме. Единственное, на что следует обратить внимание, что обмотки приемной катушки должны быть соединены между собой обязательно встречно.

 

 

 

 

 

 

Выводы

 

При лабораторных испытаниях были получены следующие параметры:

 

Масса датчика – 512 г.

Дальность обнаружения по воздуху (в селективном режиме): 

    5коп. СССР                                                      30 см.

    медная копейка  Алексея Михайловича       14 см.

Потребление МД на частоте 7 кГц – 128 мА.

Потребление МД на частоте 14 кГц – 79 мА.

Электрический баланс сохраняется в диапазоне температур -10…+50 градусов Цельсия.

 

Из приведенных цифр видно, что глубина обнаружения такого датчика примерно соответствует параметрам соизмеримого концентрического датчика. Отмечается чуть большая чувствительность к мелким целям, а также к монетам, расположенным перпендикулярно плоскости датчика. Также следует отметить повышенную помехоустойчивость такого датчика. Это связано с тем, что приемная катушка у него дифференциальная, а значит промышленные и прочие электромагнитные помехи, принятые из эфира, значительно ослабляются.  Потребление прибора с этим датчиком чуть меньше, чем с концентрическим.

  Из недостатков замечено, что баланс данного датчика более чувствителен к механическим воздействиям, что может привести к увеличению ложных откликов во время поисков. Подтвердить или опровергнуть это смогут полевые испытания, которые мы планируем провести с началом полевого сезона 2009 г.

Подобная конструкция датчика может быть использована и в любых других индукционных металлоискателях, в том числе и резонансных. Естественно, потребуется соответствующий подбор намоточных данных катушек.

 

Продолжение следует…