鼓動する金属探知機、理論。スキーム、説明

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金属探知機を倒す、理論。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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「ビーティング金属探知機」という名前は、最初のスーパーヘテロダイン受信機の時代から無線工学で採用されてきた用語のエコーです。ビートは、周波数が近く、振幅がほぼ同じ XNUMX つの周期信号が加算されたときに最も顕著に現れる現象で、信号全体の振幅のリップルで構成されます。脈動周波数は、加算された XNUMX つの信号の周波数差に等しくなります。このような脈動信号を整流器（検波器）に通すことで、差周波信号を分離することができます。このような回路は長い間伝統的に使用されてきましたが、現在では無線工学でも金属探知機でも使用されていません。あちこちで、振幅検出器は同期検出器に置き換えられましたが、「オンビート」という用語は今日まで残っています。

ビート検出器の動作原理は非常に単純で、XNUMX つの発生器からの周波数差を記録することで構成されます。一方の発生器は周波数が安定しており、もう一方の発生器には周波数設定回路にセンサー（インダクタ）が含まれています。この装置は、センサーの近くに金属がない場合、XNUMX つの発電機の周波数が一致するか、値が非常に近くなるように調整されています。センサーの近くに金属が存在すると、そのパラメーターが変化し、その結果、対応する発電機の周波数が変化します。通常、この変化は非常に小さいですが、XNUMX つの発振器の周波数の差の変化はすでに大きく、簡単に記録できます。

周波数差は、差周波信号をヘッドフォンまたはスピーカーで聞くという最も単純な方法から、デジタル周波数測定方法に至るまで、さまざまな方法で記録できます。

ビートに対する金属探知機の感度は、とりわけ、センサーのインピーダンスの変化を周波数に変換するパラメーターに依存します。

通常、変換は、周波数設定回路内のセンサーコイルを備えた安定した発電機と発電機の差周波数を取得することから構成されます。したがって、これらの発生器の周波数が高くなるほど、センサー近くの金属ターゲットの出現に応じた周波数差が大きくなり、小さな周波数偏差を記録することはある程度困難になります。したがって、少なくとも 10 Hz のトーン信号の周波数ドリフトを耳で確実に記録できます。 LED を点滅させることで、少なくとも 1 Hz の周波数ドリフトを視覚的に記録できます。他の方法で位置合わせを行い、周波数差を小さくすることも可能ですが、この位置合わせにはかなりの時間がかかり、常にリアルタイムで動作する金属探知機ではこれは許容できません。

10 つの発生器間に小さな周波数差を割り当てる方法では、位相キャプチャという重大な技術的問題が発生します。問題は、非常に近い周波数に調整された 4 つの発振器が互いに誤って同期する傾向があることです。この同期は、何らかの方法で 10 つのジェネレーターの差周波数をゼロに近づけようとすると、差周波数が特定のしきい値に達すると、周波数が一致するときにジェネレーターの状態に突然遷移するという事実に現れます。。ジェネレーターが同期されます。物理的には、位相ロックの現象は、どの発電機にも必然的に存在する非線形性と、ある発電機から別の発電機への信号の寄生浸透（電源回路や寄生容量などによる）によって説明されます。実践が示すように、発電機の光電子デカップリングなどの特別なトリックに頼らない場合、差周波について、発電機周波数に対して 100"XNUMX 程度の寄生同期開始のしきい値を取得するのが現実的です。最大感度 XNUMX ～ XNUMX kHz 以上。

このような周波数での金属の選択性は最適とは程遠いため、非常に弱いです。さらに、発振器の周波数シフトから反射信号の位相を決定することは事実上不可能です。したがって、金属探知機には拍動に対する選択性がありません。

金属物体に対する機器の応答は、距離の XNUMX 乗に反比例します。これは、「送受信」原理による金属探知機と実質的に同じです。ただし、このタイプの機器の検出範囲は、スプリアス同期の影響により通常より悪くなります。

著者：Shchedrin A.I.

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