Альтернативные датчики для металлоискателя Кощей-18М(ВМ8043) Часть 4. Эллиптический датчик для замусоренных мест

Весьма актуальной задачей в поисковой практике является поиск в местах, замусоренных мелкими железными объектами – гвоздями, обломками чугунков, проволокой и т.д. Задача эта совсем не проста для любого индукционного металлоискателя, что бы там не писали в своих рекламных проспектах производители. Причина здесь следующая – любой датчик имеет свою зону чувствительности. Иногда эту зону чувствительности упрощенно иллюстрируют в виде конуса, который упирается основанием в датчик. Однако в реальности картина сложнее – размеры такого “конуса” индивидуальны для каждой мишени. Например, для канализационного люка это будет “конус” метровых размеров, а для мелкой монеты - в несколько сантиметров. Но в любом случае размеры этих конусов также пропорциональны и размерам датчика – чем больше датчик, тем больше его зона чувствительности.
Если в такую сложную зону чувствительности датчика одновременно попадают два разнородных объекта (например, медная монета и стальной гвоздь), то их отклики суммируются, и результат дискриминации будет непредсказуемым. В зависимости от размеров объектов, их взаимной ориентации, рабочей частоты, скорости движения датчика, параметров грунта и т.д. прибор может показать и железо, и медную монету, и фольгообразный объект. Частично эту задачу удается решить за счет перемещения датчика, добиваясь захвата датчиком только одного из объектов (в тех случаях, когда это возможно “геометрически”). Отсюда следует, что для улучшения разрешающей способности датчика размеры его зоны чувствительности (а следовательно и размеры самого датчика) следует уменьшать. Однако из-за уменьшенной зоны чувствительности уменьшается и глубина обнаружения объектов. Поэтому на практике выбирают некий компромиссный размер датчика “для замусоренных мест”. Многие зарубежные производители выпускают для этих целей 5-ти дюймовые датчики. Их разрешающая способность выше, чем у “классических” 8-ми и 10-ти дюймовых, но максимальная глубина меньше.
Учитывая вышесказанное, мы решили, что неплохо бы и нам пополнить парк датчиков Кощея-18М конструктивом для “замусоренных мест”. Однако вместо классической круглой формы мы решили остановиться на эллиптической форме датчика. Соображения здесь вот какие – при поиске основные перемещения датчика осуществляются в направлении влево-вправо. Поэтому имеет смысл улучшать разрешающую способность именно в этих направлениях. И поэтому наш датчик имеет уменьшенную только ширину. Длину датчика мы оставили около 190мм. Такой компромисс позволит не столь сильно потерять в глубине обнаружения. Выкройка датчика находится здесь. В чертежи заложены пропорции т.н. “золотого сечения” – в такой пропорции находятся между собой радиусы эллипсов, а также размеры большего и меньшего эллипсов. Такой выбор пропорций не имеет под собой глубокого научного обоснования. Но если эти древние архитектурные пропорции приятны глазу, то почему бы не воспользоваться ими. Да и в названии есть что-то родственное поисковой металлодетекции .
Итак, распечатываем выкройку в масштабе 1:1 и приклеиваем ее к 20-ти миллиметровому строительному пенопласту скотчем. С помощью шариковой ручки обводим рисунок и выдавливаем контуры на поверхности пенопласта.

С помощью электрорезаков вырезаем намеченные контуры датчика и канавки под катушки. Глубина канавок -12мм. Также добавляем несколько поперечных канавок для прочности и сверлим отверстие в центре.



С обратной стороны делаем углубление глубиной 4-5мм под вот такой кронштейн. Также по контуру датчика снимаем небольшую “фаску” – т.е. делаем размеры датчика сверху на 5мм меньше.




Теперь переходим к формированию внешней оболочки датчика. В этот раз мы решили немного изменить технологию, описанную в предыдущих частях. Дело в том, что стеклоткань не очень доступна простому радиолюбителю. Да и в работе она не самый приятный материал – у некоторых даже может вызывать аллергию. Поэтому мы решили заменить ее на более доступный и “экологический” материал – хлопчатобумажную ткань (бязь), которую можно легко купить в ближайшем магазине соответствующего профиля. Забегая вперед, можно сказать, что такая замена оказалась вполне допустимой – конструктивная прочность и внешний вид особо не пострадали. Итак, вырезаем из бязи три куска, которые на 4-5см больше внешних размеров пенопластовой заготовки. В соответствующих местах прорезаем отверстия под кронштейн. Размеры отверстий должны быть таковы, чтобы ткань накрывала бортики кронштейна.



Далее укладываем кронштейн в нишу, поочередно пропитываем каждый кусок ткани заранее разведенной эпоскидной смолой и послойно укладываем на заготовку. Для плотного прилегания ткани в нужных местах делаем короткие радиальные надрезы. После застывания смолы и удаления лишней ткани, выступающей вниз, получаем примерно вот такую картину:




Теперь с помощью наждачной бумаги или штукатурной абразивной сетки облагораживаем контуры датчика. Вначале нужно использовать инструмент с более крупным зерном, затем переходить к более мелкому. Возможно, в некоторых местах проявятся небольшие каверны. Их нужно будет зашпаклевать эпоксидной смолой, и после ее застывания снова обработать абразивами.




Далее переходим к изготовлению электрической начинки датчика. Электрическая схема полностью соответствует схеме кольцевого датчика, который описан в этой статье http://www.metdet.ru/IB/article2.zip . Отличия заключаются лишь в форме катушек и их намоточных данных. Передающая катушка должна содержать 25 витков провода диаметром 1мм, приемная 200витков провода 0.25мм (желательно с дополнительной шелковой изоляцией), компенсирующая – 10 витков провода 0.85мм. Что касается оправки для намотки, то можно поступить двумя способами – либо мотать катушки на цилиндрических оправках диаметром 75 и 135 мм, а затем вручную придавать катушкам эллиптическую форму, либо по указанной выше выкройке вырезать из пенопласта одноразовые эллиптические оправки и мотать на них. После намотки бортики обламываются, и катушка извлекается.



Далее катушки стягиваем стяжками, либо нитками и укладываем в соответствующие пазы. В кронштейн устанавливаем гермоввод и протягиваем кабель. Концы катушек распаиваем в соответствии с электрической схемой и проверяем предварительный баланс. Более подробно эта процедура описана в предыдущих статьях.



Затем заливаем катушки эпоксидной смолой. Центральную часть, в которой расположены места подпайки и петля тонкой настройки необходимо защитить от преждевременной заливки с помощью двух кусочков пластилина.




После застывания смолы переходим к тонкой балансировке датчика. Для этого распаиваем элементы C101, C102, R101, R102. Номинал R101 нужно предварительно подобрать так, как это описано в указанной статье. В нашем случае величина R101 составила 16кОм. Также подбираем положение балансировочной петли и после этого заливаем центральную часть датчика. Не забываем оставить на поверхности контакт для заземления нижнего экрана.




Далее вырезаем из тонкого стеклотекстолита (либо другого материала) “дно” датчика и покрываем его токопроводящим лаком. На этот же клей прикрепляем проводник для подключения.



Далее подпаиваем заземляющий проводник и приклеиваем дно с помощью эпоксидной смолы. В завершении красим датчик “бамперной краской”. Кронштейн и гермоввод на время покраски защищаем малярным скотчем. В результате получаем вот такой образец:





Подключаем датчик к Кощею-18М и выполняем фазовую калибровку тракта вместе с этим датчиком. Делаем это тем же способом, который описан в предыдущих главах. Для частоты 7кГц получаем фазовый сдвиг 146.7 градуса, для 14кГц – 172.7 градусов. Включаем поисковые режимы, подносим к датчику различные типовые мишени и убеждаемся в том, что прибор их обнаруживает и правильно распознает.

Выводы

При лабораторных испытаниях были получены следующие параметры:
Масса датчика –550гр.
Дальность обнаружения 5коп. СССР по воздуху (в селективном режиме) – 28см.
Потребление на частоте 7кГц – 170мА.
Потребление на частоте 14кГц – 90мА.
Электрический баланс сохраняется в диапазоне температур -10…+50 градусов Цельсия.

Из приведенных цифр видно, что максимальная глубина обнаружения не сильно пострадала по сравнению с круглым прототипом. Вместе с тем измерения показали, что ширина зоны чувствительности датчика в направлении вправо-влево уменьшилась примерно в полтора раза. Исследования на полигоне подтвердили положительный эффект – нам удалось добиться такого сближения монеты и гвоздя в грунте на глубине 15см, при котором Кощей-18М с эллиптическим датчиком еще уверенно регистрировал монету, а с любым другим датчиком – уже нет. Это создает неплохие предпосылки для улучшения дискриминации на замусоренных местах. Также грунтовые тесты показали, что максимальные глубины обнаружения мелких монет соизмеримы с данными для круглого прототипа. По-видимому, это связано с тем, что эллиптический датчик создает примерно вдвое большую напряженность поля по сравнению с круглым прототипом (площадь меньше, а ампер-витки больше) и это благотворно сказывается на глубине обнаружения мелких предметов в грунте.
Также же можно отметить следующие очевидные положительные качества – прочность и надежность конструкции, уменьшение массы и размеров (при желании такой датчик можно носить даже в большом кармане  ).