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.