Конструкция генератора металлических детекторов

В данной статье обсуждаются конструкция, конструкция и симуляция частотного генератора частоты удара детектора. На протяжении многих лет стало важной проблемой для ограничения доступа людей в определенные места с оружием или орудиями вреда и разрушения. В этой статье представлен проект эффективного средства обнаружения опасное оружие из металла, чтобы снизить уровень преступности в обществе. Он использует принцип электромагнитной индукции и использует технологию цифрового биения. В системе используется поисковая катушка для обнаружения металлических объектов в близком расстоянии и дает визуальную, звуковую и вибрационную индикацию, когда металлический объект обнаружено. Поисковая катушка является частью схемы колебаний LC. Частота активации LC-генератора в первую очередь определяется величиной задействованного индуктора и конденсатора. В случае изменения индуктивности частота не остается неизменной, изменяя ее значение через введение металлического объекта.

Ключевые слова: металл; детектор; осциллятор; BFO; частота.

I Введение

Смысл металлодетекторов заключается в разминировании, поиске взрывоопасных остатков войны (ВПВ), неразорвавшихся боеприпасов (НРБ) или ценных металлических предметов частными лицами [1–2]. Возможно, выгодно иметь возможность более высокого разрешения в этих сферах действия при обнаружении металла объекты. Как можно видеть в некоторых измеренных результатах с использованием стандартного акустического выхода и в [3], обнаруживаемых измеримое расстояние от центра детектора, чтобы полагаться на размер тестируемого объекта. Эти характеристики расположены в насыщенность в течение определенного времени, и нет возможности извлечь требуемую информацию об исследуемом объекте из этого выход металлоискателя. Основная задача этой работы – увеличить разрешающую способность металлоискателя. Самый простой способ – найти подходящий полезный выходной сигнал в электронных детекторах. Исходный сигнал головка поиска детектора обрабатывается на нескольких уровнях; согласно [4], мы должны сигналы, параметры которых могут быть пропорциональны размеру и расстоянию металлического объекта без насыщенности и с более узнаваемыми различиями между одиночными характеристиками против акустического выхода. Эти сигналы могут быть более использованы для дифференциации найденных объектов от других, что полезно для удобства работы, например. Через разминирование, отображение интенсивности сигнала или поиск конкретных ценных объектов. С другой стороны, некоторые характерные сигналы могут подавляться, чтобы игнорировать неинтересные объектов, которые могут увеличить рабочую скорость и эффективность [3]. Металлодетекторы работают очень хорошо, они рассматривают зрелую технологию и могут точно определять наличие большинства видов огнестрельного оружия и ножей.

Хотя металлодетекторы работают очень плохо, если пользователь не знает об их ограничениях до начала оружия и не подготовлен к количеству подготовленных и мотивированных кадров, необходимых для работы эти устройства успешны. Устройство обнаружения металла в школьных показателях безопасности используется, прежде всего, для обнаружения нежелательные объекты, которые скрыты на теле человека. Когда конфетный предмет или материал обнаруживается устройство, детектор выдает сигнал тревоги; этот сигнал может быть слышимым, видимым (огни) или обоими. К несчастью, только металлический детектор не может различать пистолет и большую металлическую пряжку. Это несовершенство - это то, что делает программы обнаружения оружия непрактичными для многих школ; обученные сотрудники необходимы для определения [4]. Металлический детектор работает так же хорошо, как оператор наблюдает за его использованием. На многих объектах существует неправильное представление о том, что кто-то, знакомый оператору, как сотрудник или сотрудник службы безопасности, должен разрешается обходить систему. По-видимому, должно быть установлено, что для обеспечения целостности любая обычная программа обнаружения металла, каждый должен быть подчинен требованиям программы, в том числе учеников, родителей, учителей, сотрудников службы содержания под стражей и обслуживания, сотрудников службы безопасности (за исключением присяжных полицейских которые должны носить оружие), школьных администраторов и посетителей. Требовать меньше было бы контрпродуктивных и предрассудков. Знать возраст может пригодиться: знак на входе в школу, объясняющий важность детекторов в сохранении безопасной и комфортной среды обучения обеспечивает политику уведомление. Если для определенного сообщества требуется более агрессивный метод, входные знаки могут указывать на в частности, в школьной или районной политике, которая требует проверки всех, кто входит в школу, с доступом, те, кто отказывается [4]. Метальные детекторы обычно не эффективны при использовании на кошельках, книжных мешках, портфелях или чемоданы. Как правило, существует большое количество различных объектов или материалов, расположенных внутри или в составе состав этих предметов, которые могут вызвать тревогу. Если вы спросите у среднего человека, что такое металлодетектор, и какое имеет свойство, в котором он наиболее чувствителен, ответ на первый вопрос, вероятно, будет что это устройство, которое обнаруживает только металл. Ответ на второй вопрос, вероятно, состоял бы в том, что металл детектор чаще обнаруживает металлические предметы с более тяжелой массой. Оба ответа неверны. Металлический детектор фактически обнаруживает любой проводящий материал, который будет проводить электрический ток. Стереотипированное импульсное поле портальные металлодетекторы генерируют электромагнитные импульсы, которые создают очень малые электрические токи в проводящих металлические объекты в пределах портальной арки, которые, в свою очередь, генерируют собственное магнитное поле. Приемная часть портального металлодетектора может обнаружить это быстро затухающее магнитное поле за время между переданными импульсами. Это устройство обнаружения оружия является активным в том смысле, что оно генерирует магнитное поле, которое энергично ищет подозрительные материалы или объекты [5]. Магнитометр, пассивное устройство, было гораздо более эффективным 20 лет назад при обнаружении оружия. Магнитометр полагается на магнитное поле – он искажает искажение, вызванное присутствием ферромагнитного (притянутого к магниту) материала.

Счетчик интуиции, масса конкретного объекта не имеет значения при обнаружении металла. Размер, форма, электрический проводимость и магнитные свойства являются существенными свойствами. Например, при использовании длинного тонкого провода через портальный (проходной) металлодетектор, и провод находится в любой геометрии, кроме той, в которой два концы (или любые две точки на проводе) касаются, это не часто обнаруживается. Однако сформируйте эту же проволоку в замкнутый круг, и металлоискатель, вероятно, исчезнет, хотя масса провода не изменилось. Еще глубже проникать в чувствительность к металлодетектору, рассматривая как ориентацию объекта [6]. Возьмите такой же замкнутый провод, чтобы изобразить в предыдущем абзаце. Положите этот контур на бок, чтобы он был параллелен земля. В этой форме детектор портала металла с меньшей вероятностью видит это, но, если проволочная петля является вертикальной и параллельной к боковым панелям металлоискателя, детектор будет гораздо более вероятным, чтобы уйти в этой ориентации. Некоторые люди опасаются использования металлоискателя на себе из-за того, что могут быть достигнуты побочные эффекты, подвергается воздействию магнитного поля. Этот страх не обоснован, металлодетекторы излучают чрезвычайно слабое магнитное поле, слабый, достаточный для того, чтобы не беспокоить даже пациентов с сердечной недостаточностью с помощью устройств типа кардиостимулятора. Действительно, использование электрический фен подвергает пользователя воздействию гораздо более сильного поля, чем предположение, полученное устройством обнаружения металла. Еще одно твердое убеждение в отношении металлодетекторов заключается в том, что они представляют собой простую технологию, оборудование делает всю работу. Это совсем не так. Средний потребитель первого раза, безусловно, ожидает, что металлический детектор будет намного умнее и внесет больший вклад, чем может быть [7].

II Теория детектора металлов

Поисковая головка детектора оснащена двумя катушками. Если электрический ток проходит через первую катушку, генерируется первичное магнитное поле. Это поле приводит к возникновению вторичного магнитного поля вокруг металлического предмета, который расположен под головкой детектора. Вторичное поле изменяется во времени наряду с первичным полем и обнаруживается второй катушкой в поисковой головке, где электрическое напряжение индуцированный по закону индукции Фарадея [7].

Этот закон говорит, что индуцированная электродвижущая сила ε в любом замкнутом контуре равна временной скорости изменения магнитный поток φ через контур. Второе выражение закона Фарадея заключается в использовании метода уравнения Максвелла [8]

Это уравнение означает, что линейный интеграл напряженности электрического поля Ε вдоль границы C поверхности S приравнивается магнитному потоку через поверхность S (B означает магнитную индукцию). Напряжение, создаваемое вторичное магнитное поле дополнительно выпрямляется и преобразуется в частоту, которая пропорциональна размеру оригинальный напряжение. Это только упрощает популярность, есть и некоторые негативные факторы, которые решаются в электронные схемы.

III Детектор BFO

Частотно-частотный генератор или BFO, как правило, является самым простым типом металлоискателя и является хорошим отправной точкой для изучения того, как работают металлодетекторы. Доминирующая технология на протяжении 60-х и 70-е годы, BFO теперь практически исчезла с рынка и может быть найдена только в самой плохой качественной игрушке детекторы. Несмотря на то, что он прошел свой курс коммерчески, BFO все еще может сделать довольно хороший детектор, и там это несколько трюков, которые могут сделать его отличным детектором при некоторых условиях. Мы не будем исследовать эти Трюки в этой статье, но основное внимание будет уделено основным принципам. Первоначально, кажется, что частотный генератор частоты детектор будет лучшим выбором для построения, вызванным его относительно простой схемой, что позволит нам сосредоточиться больше об электромагнетической теории во время проекта [9].

Основной способ генератора частоты бит (позже только BFO) работает, когда катушка детектора находится над некоторым металлом, это изменит частоту в детекторе генератор, который имеет катушку детектора в цепи, зависящей от частоты. Обнаруженная частота сравнивается с опорный генератор в микшере, так что будут и разные, и сумма двух частот детектора, который мы сделали, на самом деле не является настоящим BFO, а ссылка является внутренней в микроконтроллере (только позже μ C), и сигнал от генератора детектора подключается непосредственно к внешнему таймеру μ C. В коде для μ C реализована средняя функция, поэтому, если земля имеет высокие магнитные поля, она будет компенсировать его через несколько секунд. Выходной сигнал обозначается светодиодами (позже только светодиод) и звук на разных заблокированных частотах. Когда некоторый металл движется близко к катушке, магнитное поле вокруг катушка изменяется, и катушка вводит некоторую энергию, называемую током Эдди. Тот же принцип верен, если поместив некоторую энергию в катушку, он меняет магнитное поле вокруг катушки. Способ также используется в громкоговорители, когда он играет, энергия подается на динамик, и если на динамике измеряется и немного подталкивает мембрану, динамик генерирует некоторую энергию. Если терминалы на динамике короткое замыкание, мембрана трудно подталкивать, катушка не может производить энергию, а катушка заблокирована. Но разница между громкоговорителями и землей состоит в том, что динамики имеют большую магнитную часть, чтобы помочь мембране двигаться, в противном случае в металлодетекторе обычно нет магнитного объекта, который должен быть обнаружен, поэтому катушка должна производят собственное магнитное поле. Когда магнитные лучи детекторов достигают металла, металл начинает ввести поля и ответить на магнитное поле, в другом направлении / времени, это изменение можно увидеть в частота / импульсный отклик катушки.

Существуют большие различия: есть две основные группы детекторов: пассивная детектор использует катушку детектора в части, зависящей от частоты, например, осциллятор, где индуктивность катушки и емкостная емкость конденсатора создают колебания, когда эти части имеют положительный обратной связи, а усилитель – усилением 1, он будет продолжать колебаться. Когда какой-то металл приближается к переменному магнитному полю, металл, изменяющий поле, а индуктивность в катушке изменяется немного, а затем Частота. Активные детекторы используют катушку для передачи импульса или непрерывного сигнала, некоторые используют один и тот же катушку для приема, а другие имеют 1 или 2 приемных катушки [10]. PI загружает катушку с некоторым током в узкий импульс, и когда он освобождает катушку, он производит отражающий импульс, продолжительность отраженного импульса – это только несколько μ S, а импульс может быть несколько 100 вольт [11]. Когда какой-то металл приближается к катушке, амплитуда отражающего импульса становится немного ниже, а длительность импульса немного больше, почти как металл ведет себя как конденсатор для магнитной энергии, в верхней части отражающего металла собирают магнитные энергии, и когда импульс падает на напряжение, он медленно возвращает энергию. Различные металлы, имеют разные время реакции. Сэмплированный сигнал должен быть усилен до сигнала, который можно использовать. Дорогие металлоискатели может показать, какой вид металла зарегистрирован, и даже настроить для различения между ними, поэтому там не будет быть любым детектором, он приближается к старой банке, но если это золото или другой цветной металл, он показывает некоторый результат. Способ, который можно сделать, – это внимательно проанализировать возвращаемый сигнал. Принцип VLF – лучший тип для дискриминации металла, он посылает постоянное магнитное поле и получает его в другой катушке. Когда полученное поле изменяется в фаза должна быть металлической. Амплитуда сигнала указывает, насколько глубокий / большой объект [12].

IV Конструкция схемы детектора BFO

Этот связанный простой металлический детектор не является настоящим BFO, но это близкая группа детекторов. Как показано на Рисунке 1 осциллятор производит изменение частоты, когда какой-либо металл находится вблизи катушки детектора. Сигнал отправляется к выходу таймера на μ С. Внутренний в μ C вычисляется и отображается на светодиодах (LED) и некоторые другие звуки сделаны. μ C дает большое преимущество в обнаружении сигнала, которое делает обнаружение небольших изменений до нескольких герц. Среднее значение также является функцией, которую может управлять μ C, а затем она может различать высокий уровень магнитного полей в земле, своего рода автоматическое управление усилением [13–15].

A. Конструкция катушки и осциллятора

Катушка представляет собой плоскую спиральную катушку с 13 оборотами вокруг старого компакт-диска диаметром 12 см. Используемый медная проволока имеет диаметр 1,5 мм. Катушка выполнена в виде спирали, чтобы получить магнитное поле настолько широко, как возможное. Различные типы катушек, где тестировались, но это казалось лучшим. Металлическая чувствительная часть нашего спроектированный металлический детектор, построен вокруг инвертора, где компоненты, зависящие от частоты, являются детектором катушки и двух конденсаторов. Инвертор обеспечивает достаточную мощность для частей колебаний, поэтому он продолжает колебаться. Осциллятор всегда запускается при включении питания, в то время как уровень постоянного тока на выходе инвертируется, а постоянный ток подключается к входу. Компоненты LC ограничивают частоту колебательная частота. Частоту колебаний можно приблизительно вычислить с использованием этой формулы [16]:

Два конденсатора соединены последовательно, через землю, и он создает параллельную цепь колебаний. резистор в верхней части дает катушку немного ниже Q, а колебание – более высокую полосу пропускания. Расчет катушки в релаксационном осцилляторе можно определить из нижеследующих уравнений [16].

Где:
N = включает катушку;
A = средний радиус;
Di = внутренний диаметр;
W = ширина провода;
S = расстояние между проводами

В. Конструкция контура микроконтроллера (μ C)

Схема микроконтроллера (μ C), как показано на рисунке 2, функция μ C заключается в сравнении входного частота со ссылкой, в этом случае внутренний таймер в μ C, он рассчитывает приблизительно 250 mS = 4 образцы в секунду. Частота генератора подключается к внутреннему 16-битовому счетчику каждый раз, когда таймер генерирует переполнение счетчика. Результат счетчика * 4 дает входящую частоту, но теперь нет необходимости в частоте, важна только разница. Когда детектор включен, осциллятор должен стабилизироваться, μ C ожидает, пока частота будет стабильной, в то время как все светодиоды мигают. Детектор усредняет входящий сигнал все время, если такая же частота присутствует для 16, то измерение частоты будет новой нулевой точкой. Необходимо использовать детектор в областях с высоким уровнем железа в земле. Динамик и светодиод (LED) указывают уровень обнаруженного материала, в нулевой точке вокруг середины области, так что он может обнаруживать как черный, так и цветной металл, и производить разные результаты. Схема сброса μ C представляет собой R2 & C12, что делает задержку времени до того, как контакт сброса находится на высоком уровне, μ C не запускается до того, как булавка сброса высока. Конденсатор на громкоговорителе гарантирует, что ток в изменениях сигнала [16].

V Моделирование конструкции детектора BFO

Моделирование выполняется с помощью программного обеспечения Proteus 8 Professional. Следующее моделирование выполняется с помощью Монета 15Kr в разных положениях от поиска катушек имитации – результат в таблице 1. На рисунке 3 показано связь между расстоянием от поиска coli и частотой громкоговорителей, также на рисунке 4 описывается соотношение между расстоянием от поиска coli и частотой генератора.

VI Анализ

Как и все металлодетекторы, он использует металлические катушки, чтобы выявить как близость металла, так и тип металла с достаточным количеством исследований. Как это работает, запустив ток через эти катушки. Когда катушка заряженная катушка создает магнитное поле, проходящее через центр катушек, затем снова в них. Это электромагнитное поле реагирует на соседние металлы. Когда поле вступает в контакт с другим металлом, тогда металл создает собственное электромагнитное поле, которое протекает напротив поле, созданное катушками. Это противоположное поле, в свою очередь, уменьшает индуктивность исходных металлических катушек. Все из разных видов металлодетекторов и каким-то образом измеряют это изменение, но мы сосредоточимся о том, как это делается специально в генераторе частоты бит. Металлический детектор по существу создает катушку с индуктивностью внутри схемы, которая поддерживается постоянной. Индуктивность катушки рядом с металлом сравнивается с металлом внутренней катушки. Затем разница преобразуется в аудиовыход, что изменяется относительно величины разности индуктивностей. Катушка с постоянной индуктивностью называется опорной катушка, в то время как катушка, которая обнаруживает металл, называется поисковой катушкой. Детектор зависит от разницы между индуктивностью двух катушек для правильной работы; поэтому, когда поблизости нет металлов, индуктивность двух катушек должна быть одинаковой. Конечно, это, вероятно, не подтвердится, когда схема сначала построена. Каждый измерительный инструмент нуждается в калибровке какого-то типа, когда он впервые построен. Сделать это в этой конкретной схеме мы должны использовать потенциометр P1. Здесь необходимо изменить импульсы, поступающие в катушку, и, таким образом, изменить индуктивность. Калибровка является вопросом изменения сопротивления до индуктивности эталонной катушки, не является равной значению поисковой катушки, когда поблизости нет металлов. Эмпирически это почти невозможно для обеих катушек, имеющие одинаковые индуктивности, но могут быть достаточно близкими, чтобы любое изменение индуктивности было легко замечено через аудиовыход.

Хотя на индуктивность непосредственно влияют близлежащие металлы, она не измеряется непосредственно внутри цепь.

VII Выводы

Наши первоначальные дизайнерские цели заключались в том, чтобы обнаружить небольшой кусочек металла, такой как монета, погребенная под примерно два дюйма грязи. К сожалению, после строительства и первоначального тестирования было обнаружено, что наш металл детектор просто не был чувствительным. Фактически, это заняло большое количество металла (порядка 1-2 кг) чтобы изменить индуктивность катушки поиска, чтобы произвести заметный удар. Кажется, что много вопросы, которые следует учитывать в конструкции BFO, но по сравнению с детектором индукционного баланса очень просты. Простота катушки позволяет легко тестировать различные формы, размеры и обмотки для сравнения чувствительности, частоты генератора могут быть изменены для еще большего количества сравнений. Такая информация часто переносится на большее количество продвинутые проекты. Это делает BFO отличным первым проектом, который обеспечивает прочную основу для обучения.

Список литературы