Феррозондовый металлодетектор

4 января 2009  |  Металлодетекторы, детекторы металла



Рассмотрим наиболее распространенные физические принципы построения магнитометров. Первым методом, получившим наибольшее распространение, является метод, основанный на нелинейных свойствах ферромагнитных материалов.

Чувствительные элементы, реализующие этот принцип, получили название феррозонды.

Феррозонд представляет собой катушку индуктивности с нелинейным сердечником. Чаще всего в качестве такого сердечника используется пермаллоевая проволока.

На рис.1 и 2 приведены чертеж и график, поясняющие принцип действия феррозонда.


Феррозондовый металлодетектор

Рис.1.


Феррозондовый металлодетектор

Рис.2.

Если через катушку возбуждения пропустить переменный ток, который создаст переменное поле с амплитудой напряженности Нm и приложить к феррозонду соосное постоянное поле напряженностью Но, то на выходе приемной катушки феррозонда появится напряжение, пропорциональное постоянному магнитному полю Но и с удвоенной частотой. Появление напряжения удвоенной частоты обусловлено нелинейной характеристикой сердечника феррозонда. Это напряжение и является сигналом, по которому судят о внешнем магнитном поле.

Феррозонд является векторным прибором, т.е. выходной сигнал этого чувствительного элемента зависит не только от величины внешнего магнитного поля, но и от его направления относительно оси феррозонда.

Это свойство феррозонда позволяет использовать его в качестве ориентационного в пространстве устройства относительно силовых линий поля Земли, однако для построения поискового магнитометра это свойство является скорее недостатком, поскольку в процессе поиска изменение ориентации преобразователя поискового прибора неизбежно. Как было сказано выше, поиск ферромагнитных объектов происходит на фоне природного поля Земли, превосходящего на пять порядков приращения поля, вносимые объектами поиска, поэтому для решения задачи устранения влияния ориентации должны быть приняты нетривиальные конструктивные и электронносхемные приемы.

На рис.3 приведена схематическая конструкция преобразователя феррозондового поискового прибора, в котором влияние ориентации относительно силовых линии поля Земли в значительной степени компенсировано.


Феррозондовый металлодетектор

Рис.3.

Преобразователь представляет собой два включенных дифференциально и расположенных на одной оси и на определенном расстоянии (базе) друг от друга феррозонда. Каждый феррозонд в таком преобразователе называют полузондом.

Юстировочные винты 1 и 2 обеспечивают взаимно перпендикулярное смещение полузондов относительно точек шарнирного крепления и позволяют тем самым добиваться высокой степени соосности полузондов. На рис.4 приведена электрическая схема дифференциального феррозондового преобразователя.


Феррозондовый металлодетектор

Рис.4.
Iген. – ток возбуждения феррозонда;
Uсигн. – напряжение на выходе измерительных обмоток.

Uсигн. представляет собой сложногармонический сигнал, в котором информацию о величине внешнего магнитного поля несет разница амплитуд второй гармоники с каждого полузонда. Поскольку полузонды выполнены идентичными, то выходной сигнал не зависит от равномерного поля Земли, а определяется лишь градиентом внешнего поля. Феррозондовый преобразователь, выполненный по дифференциальной схеме (см. рис.3, 4) называют градиентометрическим или градиентометром. Процедура юстировки преобразователя позволяет в достаточной для практики степени исключить влияние на выходной сигнал пространственную ориентацию преобразователя относительно силовых линий магнитного поля Земли. Кроме этого преобразователь располагают конструктивно на вращающейся оси с тем, чтобы под собственным весом он всегда занимал вертикальное положение относительно земной поверхности, что целесообразно по двум причинам: во-первых силовые магнитные линии природного поля направлены под углом 400 к поверхности Земли и градиент поля от вносимых ферромагнитными предметами искажений будет максимален при сближении направления природного поля с осью преобразователя, во-вторых такое естественное расположение преобразователя снижает погрешности от пространственных колебаний преобразователя неизбежные при поиске.

Конструкция ферозондового металлодетектора включает в себя штангу, с размещенными на ней батарейным блоком питания и электронным блоком, и феррозондовый преобразователь, вращающийся на оси перпедикулярной штанге и преобразователю.

На рис.5 показано, как происходит искажение силовых линий магнитного поля Земли ферромагнитным предметом, что и фиксирует феррозондовый прибор.


Феррозондовый металлодетектор

Рис.5.

Как говорилось выше, феррозондовый преобразователь является векторным прибором, т.е. выходной сигнал преобразователя зависит от величины и направления приложенного поля. Это позволяет получать дополнительную информацию об ориентации и размерах скрытого ферромагнитного объекта. На рис. 6 показана огибающая выходного сигнала преобразователя от протяженного предмета (труба) под землей.


Феррозондовый металлодетектор

Рис.6.

С помощью феррозондового градиентометра возможно оценивать глубину залегания предметов, для чего необходимо прорисовать огибающую сигнала от предмета в координатах: U – уровень сигнала, L – расстояние. Ширина этой огибающей на уровне 0.5 от максимума приблизительно равна глубине залегания предмета. На рис.7 показана огибающая сигнала с преобразователем при его перемещении над скрытым под землей объектом на расстоянии Н.


Феррозондовый металлодетектор

Рис.7.

Автор: Арбузов Сергей Олегович, st.ess.ru/index.htm


Код для размещения на форумах или блоге

«
»