Einspulen-Metalldetektor vom Induktionstyp, Theorie. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren

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Das Wort „Induktion“ im Namen von Metalldetektoren dieser Art offenbart das Funktionsprinzip vollständig, wenn wir uns an die Bedeutung des Wortes „inductio“ (lat.) – Führung – erinnern. Das Gerät dieses Typs verfügt als Teil des Sensors über eine Spule beliebiger Form, die durch ein Wechselsignal erregt wird. Das Erscheinen eines Metallgegenstands in der Nähe des Sensors führt zum Auftreten eines reflektierten (wiedergestrahlten) Signals, das ein zusätzliches elektrisches Signal in der Spule „induziert“. Es bleibt nur noch dieses zusätzliche Signal auszuwählen.

Der Metalldetektor vom Induktionstyp erhielt das Recht auf Leben, hauptsächlich aufgrund des Hauptnachteils von Geräten, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren – der Komplexität des Designs der Sensoren. Diese Komplexität führt entweder zu hohen Kosten und Komplexität bei der Herstellung des Sensors oder zu seiner unzureichenden mechanischen Steifigkeit, was zum Auftreten falscher Signale während der Bewegung führt und die Empfindlichkeit des Geräts verringert.

Wenn wir uns zum Ziel setzen, diesen Mangel bei Geräten, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren, durch die Beseitigung seiner eigentlichen Ursache zu beseitigen, dann können wir zu einem ungewöhnlichen Ergebnis kommen: Die Sende- und Empfangsspule eines Metalldetektors müssen zu einer Einheit zusammengefasst werden ! Tatsächlich gibt es in diesem Fall keine sehr unerwünschten Bewegungen und Biegungen einer Spule relativ zur anderen, da nur eine Spule vorhanden ist und diese gleichzeitig sendet und empfängt. Hinzu kommt die extreme Einfachheit des Sensors. Der Nachteil für diese Vorteile ist die Notwendigkeit, das nützliche Rücksignal vom viel größeren Antriebssignal der Sender-/Empfängerspule zu isolieren.

Das reflektierte Signal kann unterschieden werden, indem von dem in der Sensorspule vorhandenen elektrischen Signal ein Signal mit derselben Form, Frequenz, Phase und Amplitude wie das Signal in der Spule subtrahiert wird, wenn kein Metall in der Nähe ist. „Wie dies auf eine der Arten geschehen kann, ist in Abb. 3.

Reis. 3. Strukturdiagramm des Eingangsknotens des Induktionsmetalldetektors

Der Generator erzeugt eine sinusförmige Wechselspannung mit konstanter Amplitude und Frequenz. Der „Spannungs-Strom“-Wandler (PNT) wandelt die Generatorspannung Ug in einen Strom Ig um, der im Schwingkreis des Sensors eingestellt wird. Der Schwingkreis besteht

aus Kondensator C und Spule L des Sensors. Seine Resonanzfrequenz ist gleich der Frequenz des Generators. Der PNT-Umwandlungskoeffizient wird so gewählt, dass die Spannung des Schwingkreises id gleich der Spannung des Generators Ug ist (sofern sich kein Metall in der Nähe des Sensors befindet). Am Addierer werden also zwei Signale gleicher Amplitude subtrahiert und das Ausgangssignal – das Ergebnis der Subtraktion – ist gleich Null. Wenn Metall in der Nähe des Sensors erscheint, entsteht ein reflektiertes Signal (d. h. die Parameter der Sensorspule ändern sich), was zu einer Änderung der Spannung des Schwingkreises Ud führt. Der Ausgang ist ein Signal ungleich Null.

Auf Abb. In Abb. 3 zeigt nur die einfachste Version eines der Schemata des Eingangsteils der Metalldetektoren des betrachteten Typs. Anstelle von PNT ist es in dieser Schaltung grundsätzlich möglich, einen Stromeinstellwiderstand zu verwenden. Zum Einschalten der Sensorspule können verschiedene Brückenschaltungen, Addierer mit unterschiedlichen Übertragungskoeffizienten für invertierende und nicht invertierende Eingänge, teilweise Einbeziehung eines Schwingkreises usw. verwendet werden.

Im Diagramm in Abb. In Fig. 3 wird als Sensor ein Schwingkreis verwendet. Dies geschieht der Einfachheit halber, um eine Phasenverschiebung von Null zwischen den Signalen Ug und Ud zu erhalten (die Schaltung ist auf Resonanz abgestimmt). Es ist möglich, auf den Schwingkreis mit der Notwendigkeit einer Feinabstimmung auf Resonanz zu verzichten und nur die Sensorspule als PNT-Last zu verwenden. Allerdings muss die POT-Verstärkung in diesem Fall komplex sein, um die 90°-Phasenverschiebung zu korrigieren, die sich aus der induktiven Natur der POT-Last ergibt.

Autor: Shchedrin A.I.

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