Как работает индукционный миноискатель ИМП
Принцип работы миноискателя ИМП
В основе работы миноискателя ИМП лежит принцип индуктивного (или индукционного) баланса. Основа индукционного баланса - несколько катушек индуктивности, одна передающая и одна или две приёмные, образующие индуктивный датчик. Все катушки размещены в пространстве таким образом, что бы сигнал с передающей катушки при отсутствии поблизости металлических предметов не наводился на приёмные (или наводился, но сигнал, наведённый в одной катушке, вычитался бы из сигнала другой катушки), то есть вся система была бы сбалансирована и сигнал на выходе был бы равен нулю. Если теперь поблизости от датчика появится металлический объект, то баланс нарушится и на выходе появится сигнал рассогласования, который можно будет усилить. Более подробно принцип индукционного баланса описан в статье История металлоискателей.
В миноискателе ИМП применён цилиндрический датчик, содержащий три катушки - передающую TX, расположенную в центре датчика, и две приёмные RX (рис. 1.). Все катушки расположены в одной плоскости, обе приёмные катушки размещены симметрично относительно передающей. В тот момент, когда ток в передающей катушке направлен по часовой стрелке, то токи в приёмных катушках будут направлены в противоположную сторону. Это происходит из-за того, что наводки тока между ближайшими частями витков двух рядом находящихся катушек будут сильнее, чем между более удалёнными частями витков катушек.
Рис. 1. Схема расположения катушек в датчике миноискателя ИМП
Для того, что бы получить нулевой сигнал, сигналы с приёмных катушек следует подать на сумматор, как показано на рисунке 2. Здесь обе приёмные катушки включены противофазно - начало одной катушки и конец другой соединены с общим проводом, так что на суммирующий резистор подаются противофазные сигналы, которые взаимно компенсируются. При малейшем нарушении баланса системы на сумматоре появляется сигнал рассогласования, этот сигнал усиливается резонансным усилителем и подаётся на головные телефоны.
Рис. 2. Упрощённая схема металлодетектора, поясняющая принцип индукционного баланса.
В реальной схеме миноискателя ИМП (рис. 3.) используется несколько иной принцип компенсации остаточного сигнала. Здесь вместо суммирующего резистора применён трансформатор, и небольшая часть сигнала с задающего генератора подмешивается в остаточный сигнал. Величину и фазу сигнала, поступающего с задающего генератора можно регулировать переменными резисторами таким образом, что бы этот сигнал был равен по амплитуде и противоположен по фазе остаточному сигналу, так что на выходе системы установится нулевой сигнал.
Рис. 3. Упрощённая схема миноискателя ИМП
Такой способ позволяет компенсировать не только дисбаланс катушек, но и наводки задающего генератора на входные цепи усилителя.
Электронная схема миноискателя ИМП
Рабочая частота миноискателя ИМП - 1,5 кГц. Потребляемый ток - не более 28 мА. Напряжение питания - от 5,0 до 6,2 В (4 элемента 373). Время непрерывной работы от одного комплекта свежих элементов питания - 100 часов.
На рисунке 4 изображена электрическая схема миноискателя. Она состоит из генератора, вырабатывающего частоту 1,5 кГц, устройства компенсации и резонансного усилителя с рабочей частотой 1,5 кГц и с коэффициентом усиления по напряжению примерно 1000 раз.
Генератор выполнен по двухтактной схеме на двух транзисторах Т1 и Т2 типа МП15. Генераторная катушка частично включена в коллекторные цепи транзисторов. Индуктивность передающей катушки составляет 45 мГн, число витков - 970 провода ПЭВ-0,33, отводы сделаны примерно от четверти витков, считая с каждой стороны. Сопротивление обмотки - 13 Ом. Катушка имеет стальной сердечник. Рабочая частота генератора зависит от индуктивности этой катушки и ёмкости конденсатора С1.
Приёмные катушки имеют индуктивность по 400 мГн, они содержат по 3500 витков провода ПЭВ-0,1, намотанного на каркасе диаметром примерно 35 мм.
Использование двухтактного генератора в схеме миноискателя ИМП обусловлено несколькими причинами - во-первых, в то время, когда разрабатывался этот миноискатель, в наличии были только транзисторы одной структуры - p-n-p. Во-вторых, для питания схемы двухтактного генератора на транзисторах одной структуры потребуется меньшее напряжение по сравнению с другими схемами генераторов.
Схема компенсации выполнена на резисторах R1 - R8 и конденсаторах С1 и С2. Переменными резисторами R5, R8 осуществляется грубая регулировка амплитуды и фазы, а резисторами R2, R7 - плавная.
Переменное напряжение поступает в схему компенсации с одного из отводов генераторной катушки.
Рис 4. Принципиальная электрическая схема миноискателя ИМП:
ПК - приёмная катушка - 400 мГн; ГК - генераторные катушки - по 45 мГн; Т1, Т2 - МП15; Т3..Т5 - МП13Б;
R1, R3 - 39к; R2 - 22к; R4,R6 - 4,7мОм; R5 - 100к; R7,R8 - 47к; R9 - 3к; R10 - 6,2к; R11 - 2,2к; R12 - 240; R13 - 5,6к;
R14 - 4,3к; R15 - 10к; R16 - 120; R17,R18 - 8,2к; R19 - 4,3к; R20,R29 - 82; R21,R26 - 4,7к;
R22,R27 - 1к; R23 - 270; R24 - 2,7к; R25 - 39; R28 - 120;
C1 - 5,1пФ; C2 - 27пФ; C3,C4 - 3,3нФ; C5 - 10нФ; C6 - 25мкФ; C7,C9 - 680пФ; C8,C10,C13 - 0,25мкФ; C12 - 3,3нФ;
Тф - Телефоны головные ТА-56М
На транзисторах Т3..Т5 типа МП13Б выполнен резонансный усилитель. Сигнал на его вход поступает со вторичной обмотки понижающего трансформатора Тр, коэффициент трансформации которого составляет примерно 3:1. Так как входное сопротивление первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе Т1 относительно невысоко, то применение понижающего трансформатора позволяет согласовать низкоомный вход усилителя с высоким выходным сопротивлением приёмных катушек. Так же осуществляется согласование других каскадов - здесь используются трансформаторы с коэффициентом трансформации 1:8, первичные обмотки которых включены частично в цепи коллекторов транзисторов Т4, Т5. Такое частичное включение (включена 1/4 часть витков) позволяет избежать ухудшения добротности. Совместно с конденсаторами С7, С9 первичные обмотки обоих трансформаторов образуют резонансные контуры, настроенные на частоту 1,5 кГц. Головные телефоны ТА-56М, включённые в коллекторную цепь транзистора Т5 совместно с конденсатором С12 образуют резонансный контур, настроенный на ту же частоту, что позволяет повысить громкость звука в наушниках.
При подаче напряжения питания на схему запускается задающий генератор, и вокруг генераторной катушки образуется переменное магнитное поле. Это поле наводится в обоих приёмных катушках, в результате чего в них начинает течь переменный ток. Приёмные катушки соединены таким образом, что бы токи, протекающие в них, взаимно компенсировались и система была бы сбалансирована. Из-за технических трудностей, не позволяющих изготовить поисковый элемент с идеально правильным взаимным расположением приёмных катушек и из-за разброса величин индуктивностей, во встречно включённых катушках всегда будет присутствовать какой-то остаточный сигнал. Что бы его подавить, применяется схема компенсации.
Если рядом с датчиком миноискателя отсутствуют металлические предметы и системой компенсации подавлен остаточный сигнал, то на входе резонансного усилителя сигнал будет отсутствовать. Если теперь поблизости от поискового датчика появится металлический объект, то из-за возмущения магнитного поля система разбалансируется, и на входе усилителя появится сигнал, который можно будет услышать в наушниках.
Подробнее о миноискателе ИМП можно прочитать здесь