Сравнение типов катушек грунтовых металлоискателей

Металлоискатели типа TR VLF («приемник – передатчик» с уравновешенной индукций на низкой частоте), стали самими массовыми приборами для всеобщего использования в любительской археологии. В этих приборах обычно используется рабочая частота от 6 до 20кГц -ниже нельзя по технологическим соображениям. В поисковом датчике у них расположено две катушки. Одна из которых, «передатчик» излучает переменное магнитное поле, а другая «приемник» принимает сигнал от цели. В приемной катушке датчика металлоискателя излучаемое поле уравновешено и на её выходе нет никакого электрического сигнала. В действительности в приемной катушке имеется остаточный сигнал, обусловленный не идеальностью конструкции. Металлические предметы, которые приближаются к катушкам, изменяют конфигурацию поля и в результате - на выходе приемной катушки появляется полезный сигнал. Этот сигнал обрабатывается в приборе и с помощью индикации информирует оператора о находке. Современные компьютерные металлоискатели, использующие этот тип работы, имеют мощную электронику, обрабатывающую сигнал и дающую оператору массу дополнительной информации: относительную удельную проводимость металла, глубину залегания, и т.д. Глубина обнаружения металлоискателя зависит, в первую очередь от его датчика.

Конструкция поискового датчика.

kat1 kat2

kat3

 

Круглый датчик Ø10’’(25см)

kat4

Эллиптический 6’’Х 10’’ (15Х25см)

Наиболее практичными считаются 2 типа датчиков – с эллиптическими катушками и «широким» захватом, (рис.1а) и с круглыми концентрическими катушками и «точечным» захватом (рис.1в). Заштрихованная область на рисунках - это площадь зоны захвата поискового датчика на глубине равной 75% от максимальной.

В настоящее время наиболее часто используются конструкции с «точечным» захватом. Приемная катушка расположена внутри передающей (рис.1в) их оси совпадают. Такое концентрическое расположение катушек еще называют компланарным. Наводимая излучающей в приемной катушке э.д.с. компенсируется специальным трансформаторным устройством, отбирающим часть сигнала излучающей катушки. Схема датчиков с эллиптическими катушками представлена на рис.1а. Форма и взаимное расположение катушек выбрано таким, чтобы суммарный поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную приемной катушкой, равнялся нулю.

Для изготовления катушек лучше подходит форма эллипса, так же часто встречаются катушки в форме буквы “D”. Датчики с 2-мя катушками в виде буквы “D” внешне часто бывают круглой формы. Датчики с «широким» захватом, называют эллиптическими или DD катушками.

Диаграммы направленности поисковых катушек.

Глубина обнаружения металлоискателем зависит от диаметра его датчика вернее от площади катушек, размеров проводящего объекта, его проводимости, от расположения объекта и его формы, от частоты излучаемого поля. Для простоты будем считать, что магнитное поле по всему объему проводящего объекта однородно, то есть он удален на значительное расстояние от излучающей катушки. Чтобы не возникало проблем с ориентацией объекта, проведем тесты с монетой 5 коп СССР, плоскость которой, параллельна плоскости катушки. На практике это означало, сравнение глубины обнаружения 5 коп СССР;- первое при помощи металлоискателя с круглым датчиком Ø 10 дюймов (25см) и второе- с эллиптическим габаритными размерами 6 Х 10 дюймов (15Х25см). Максимальной глубина обнаружения монеты и в первом и во втором случая оказалась примерно одинаковой и равной 25см.

На рис.2 приведена диаграмма направленности датчика с эллиптической катушкой, а на рис.3 - с круглыми концентрическими катушками. Приведенные диаграммы направленности катушек, разные по форме и площади основания в зависимости от типа датчика - круг для катушки с «точечным» захватом и эллипс для катушки с «широким» захватом. У основания эллипсоида длина большой полуоси, равна радиусу круга. Это поверхности 2-го порядка, которые ограничивают максимальный объем под катушкой металлоискателя, где можно получить сигнал от цели – монеты. Сигнал от цели расположенной на любой точке этой поверхности имеет одну и туже силу и отсутствует за пределами объема ограниченного поверхностью. Силовые линии индукции магнитного поля передающей катушки идут перпендикулярно к этим поверхностям в любой точке. Область максимальной глубины обнаружения монеты выделена на рисунках 3 и 2, синим цветом по оси Z в вершине поверхностей.

Рис.4.Сечения параболоида Рис.2.Половина Эллипсоида. Рис.3.Параболоид вращения.
el elips1

elips

Сечение плоскостью ZOY диаграммы направленности датчика с эллиптической катушкой на рис.2 дает эллипс, а диаграммы с круглыми концентрическими катушками - кривую 2 го порядка параболу.

На рисунке 5, показаны эти фигуры, по оси Z указана глубина, выдаваемая прибором, когда монета находится под катушкой, а Y - это расстояние от монеты до оси через центр катушки. Зона обнаружения под кольцом представляет собой площадь фигуру с осью в центре катушки и вершиной направленной в землю и ограниченную параболой (в случае катушки с «точечным» захватом) или эллипсом (эллиптическая катушка).

Первый вывод состоит в том, что глубина обнаружения под катушкой разная, вниз у краев катушки минимальна, а в центре на оси катушки максимальна.

Второй вывод - за один взмах при сканировании вы не покрываете весь объем почвы под катушками.

Рассматривать обследованную площадь в поиске, будет не вполне справедливо. Правильно будет рассматривать обследованный объем почвы. Долю % обследованного объема от максимального можно получить, если вычислить и сравнить площадь фигур на рисунке 5 –параболы и эллипса с прямоугольником размером 25Х25см. За один взмах под катушкой покрывается 100% площади, но проверяется только 67% от максимально возможного объема почвы в случае использования катушки с «точечным» захватом и 80 % с «широким».

Результаты по % долям обследованного объема получены после вычисления и сравнения площадей соответствующих фигур на рис 5 ;-прямоугольника 25х25см.,параболы и эллипса)

Какой датчик лучше, эллиптический или круглый с «точечным» захватом?

По производительности, «широкозахватные» катушки позволяют вести не такое плотное сканирование осматриваемого участка земли, чем катушки с «точечным» захватом. Можно обследовать территории с перекрытием «на глазок». Выделенная на рис 5. зона в виде квадрата - это исследуемый эквивалентный объем под катушкой. Разница в доле объема, при пользовании разными катушками выделена цветом на рис 5.Это позволяет за фиксированный промежуток времени быстрее просматривать большие площади и обследовать объем грунта на глубину 80%, а если ещё участок не слишком насыщен металлом, получается приличная экономия времени.

Рис.6

chel

Работая с катушкой, имеющей «точечный» захват необходимо особенно следить за плотностью сканирования, каждый последующий взмах катушкой должен не более чем на полдиаметра перекрывать предыдущую траекторию. Только применив 50% перекрытие предыдущего прохода можно увеличить % доли обследованного объема почвы под катушкой до приемлемого, в противном случае пропуски целей неизбежны, особенно на предельной глубине обнаружения (рис 6.). Прерывистая прямая на рис 5. показывает глубину, на которой при использовании 50% перекрытия, обеспечивается 100% исследования объема грунта под пройденной площадью.

По точности определения местоположения цели катушки с «точечным» захватом лучше, так как имеют меньшее количество зон нечувствительности по крену и направлению сканирования. Такие катушки хороши при работе на сильно замусоренных участках, ими легче и быстрее установить точное место залегания находки. Катушки с «широким» захватом не имеют точечной направленности, установить точное место цели труднее - для раскопок приходится рыть больший размер ямки.

Проанализировав селективность металлоискателя, то есть его способность различать объекты, изготовленные из различных металлов или сплавов, то катушки с «широким» захватом обладают тенденцией принимать фальшивые сигналы от железных предметов, которые находятся на окраинах диаграммы направленности. Основная сложность так же заключается в малейших изменениях величины сигналов при сканировании, особенно от механических деформаций элементов эллиптических катушек или из-за крена самой катушки над землей, что тоже приводит к неверным показаниям или ложным срабатываниям прибора.

По стоимости – датчики с круглыми концентрическими катушками стоят дешевле в среднем на 15-20%, чем эллиптические с таким же наибольшим диаметром.


Большинство катушек  имеют круглую форму,  но некоторые выполнены в виде эллипса. Это относится к форме, а не к конструкции катушки.  В общем и целом,  эллиптические катушки обеспечивают больший захват исследуемой площади,  и  дают более четкий сигнал  от цели в режиме Pinpoint.  Круглые катушки   легче и  дешевле в плане их  производства. Именно поэтому они более широко распространены.

Название «Концентрическая» и  “DD” (или double-D) имеет непосредственное отношение к конструкционным особенностям катушки.  Концентрическая поисковая катушка оснащена большой передающей катушкой  и   малой принимающей катушкой, центры которых располагаются на одной оси в  той же плоскости.  Катушка типа Double D состоит из двух, перекрывающих друг  друга катушек в форме буквы D, примерно одного и того же размера. Одна из них передающая, а другая – принимающая. (см. ниже Таблицу, схема 1)

Большинство поисковых катушек (как круглых, так и эллиптических) являются концентрическими по своей конструкции. (см. Таблицу, схема 2,3). Данные катушки гораздо легче в плане их изготовления,  и симметричность их формы помогает минимизировать электропомехи, возникающие в процессе продолжительности работы и изменения температурного режима. Кроме того, они обеспечивают лучшую дискриминацию  при неглубоко залегающих целях.

Некоторые поисковые катушки (как круглые, так и эллиптические) по конструкции выполнены как DD катушки. (см. ниже Таблицу, рис 1,2) .К преимуществам подобных катушек  относится  обнаружение на больших глубинах на богатых минералами грунтах,  более широкий охват исследуемой площади при более узкой зоне ответе от цели.  К их основным недостаткам,  с пользовательской точки зрения, можно отнести нечеткое определение - множественные ответы от неглубоко залегающих целей и  слабая дискриминация по плоским  объектам из железа.  Проектировать подобные катушки гораздо сложнее,  потому что, из-за  изменения их симметричности  в них часто возникают сбои, которые необходимо минимизировать с помощью  конструкции  катушки. Производственные расходы по ней выше, так как  ее нельзя изготовить  методом высокоскоростного  прессования.

Самые дешевые металлоискатели  обычно идут с  круглой, концентрической катушкой.  Более дорогие модели могут идти с  эллиптическими катушками, и/или катушками DD. Старые модели, даже дорогие из них,  часто идут без катушки DD, так как  DD катушки были непопулярны в 1980 – 90 годах, так как считались  трудными в изготовлении.  В настоящее время наблюдается тенденция перехода к DD катушкам, потому что производители теперь располагают большими знаниями относительно их конструкционных особенностей и  изготовления.

Катушки DD в основном предназначены для поисков предметов старины  и для  профессиональных золотоискателей.  Концентрические катушки в основном используются для поисков современных монет в районах с большим содержанием железного  и  алюминиевого мусора в земле.

Большинство стандартных концентрических поисковых катушек  выпускаются диаметром 8 дюймов (20 см), в случае концентрической катушки, и примерно 10 дюймов (25 см) в длину, в случае эллиптической катушки.

Более крупные поисковые катушки DD позволяют исследовать больше пространства земли при каждом движении.  Также они  дают  некоторое увеличение глубины обнаружения для средних и крупных по размеру целей. К сожалению, они достаточно тяжелые,   имеют обыкновение  «не замечать» маленькие неглубокие объекты, и плохо определяют такие цели.

Маленькие поисковые катушки  диаметром до 5 дюймов (10 см) обеспечивают лучшую селекцию целей (важно в замусоренных районах) и  возможность обнаруживать маленькие цели (важно в золотоискательстве).  Обычно они обнаруживают предметы на немного меньшей глубине, чем катушки стандартных размеров.

Данная статья дает сведения относительно наиболее распространенных типов катушек. Некоторые специальные поисковые катушки отличаются от описанных выше.

Дэвид Джонсон,  главный конструктор.

 

В добавление к сказанному

 

В добавлении к вышеизложенному, необходимо добавить, что многие компании-производители  в своем стремлении максимально облегчить и удешевить катушки DD  зачастую  добивались диаметрально противоположных результатов выражаемых в  снижении качества производимых катушек.   Во-первых,  данные катушки не обладали достаточной прочностью и жесткостью и часто ломались, при транспортировке и длительной работе в полевых условиях. Во-вторых, при контакте катушки с окружающими предметами (удар о камни,  растения и т.д.) форма ее деформируется  или происходит взаимное смещении принимающей и излучающей катушек, при этом  наблюдаются серьезные сбои в работе( ложные срабатывания).

Таблица 1. Основные типы поисковых катушек металлоискателей.

pois_kat1Рис1.

Размер:11,5''х8,5'',

Тип катушки: Elliptical DoubleD, Co-Planar,

Форма катушки: эллиптическая открытая.

Схема расположения катушек:

TRL- излучающая , RL- принимающая

Заштрихованное поле –  сечение зоны чувствительности непосредственно под катушкой.

pois_kat2

 Схема 1

pois_kat3

Рис 2.

Размер:12'',

Тип катушки: DoubleD, Co-Planar,

Форма катушки: круглая открытая.

pois_kat4

Рис 3.

Размер: 10Х5'',

Тип катушки: Elliptical, Co-Planar,

Форма катушки: эллиптическая, закрытая.

pois_kat5

 Схема 2

pois_kat6

Рис 4.

Размер:8'',

Тип катушки: Concentric, Co-planar,

Форма катушки:  круглая, открытая

pois_kat7

 Схема 3

Источник www.sledovnet.ru

Если вы нашли ошибку или опечатку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.


Просмотров: 3153

Есть вопрос? Найди ответ на форуме

Популярные страницы


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: