Рассмотрим вначале параллельный контур (см. рис 1). При резонансе полное сопротивление Z максимально на частоте Fо и фазовый сдвиг равен 0. Полоса пропускания контура fн до fв измеряется по уровню 0,7 от максимального Z. Она также зависит от добротности контура, чем добротность выше, тем полоса уже. Полоса пропускания контура равна:
Определим полосу пропускания контуров на двух примерах: Катушка диаметром=20см, провод ПЭВ-2 0,56мм, индуктивность 5,242мГ, Rакт.=4,82ом, частота 8,192кГц.
Катушка диаметром=20см, провод ПЭВ-2 0,27мм, индуктивность 6,280мГ, Rакт.=33ом, частота 8,192кГц.
Из данных примеров видно, что чем выше добротность, тем уже полоса и выше чувствительность МД (металлодетектора).
Теперь подумаем, зачем нам это нужно? Обычно металлодетекторы BFO работают на биениях двух частот, но нетренированное человеческое ухо способно различить разницу в частотах 2 - 3 кГц. Предмет из цветного металла вызывает повышение частоты контура, а предмет из "черного" металла уменьшение частоты контура. Крупный предмет вызывает большое изменение частоты и металлодетектором BFO его можно определить, но на мелкие предметы такой подход не приемлем. Для того, чтобы определить маленький уход частоты 10-30 Гц был придуман принцип индуктивного баланса (IB). Посмотрев на рисунок 1 можно сделать вывод, что в узкой полосе контура (по уровню 0,7) фаза меняется на 90 градусов.
Именно этот подход, по регистрации изменения фазы, используется в металлодетекторах IB. Как все это работает, будет рассмотрено в следующей статье о магнитных свойствах катушек.
Главное необходимо помнить, что "цветной" - повышает фазу до (+45гр), а "черный" - понижает фазу до (-45гр).
Рисунок 2, наглядно показывает, о чем мы говорили в предыдущей статье.
.
Теперь рассмотрим последовательный контур(см. рис 3).
Посчитать добротность вы уже сможете сами. Главное на что нужно обратить внимание - "цветной" - понижает фазу до (-45гр), а "черный" - повышает фазу до (+45гр). Поэтому, в схемах металлодетекторов использующих последовательный резонанс, избегают использовать полосовые фильтры до синхронного детектора. В полосовых фильтрах, на операционных усилителях, фазовая характеристика подобна параллельному контуру.
Очень часто можно слышать о "скин - эффекте" в катушках металлодетекторов.
Он проявляется в том, что плотность тока падает по мере удаления от поверхности внутрь проводника. На рисунке 5 видно, что ток проникает до определенной глубины. В зеленом участке протекают токи Фуко, которые снижают добротность контура. Наша задача выбрать такой диаметр провода, чтобы он был как на рисунке 6 (нет токов Фуко).
Для медного провода эффективная глубина проникновения тока:
В результате мы видим, что для частоты 8,192кГц можно использовать медный провод 1,48 мм (0,74 х 2), без ухудшения добротности или алюминиевый провод 0,96 мм (1,48 х 0,65). На другие частоты диаметр провода рассчитывается по аналогии с этим расчетами.
0 коментара:
Публикуване на коментар