IB металлодетекторы. Часть 2.

Рассматривать схемотехнику IB металлодетекторов удобнее начинать с работы главного узла - фазового детектора. Фазовый (синхронный) детектор предназначен для определения фазового угла металла и выделения амплитудной составляющей сигнала. Различные металлы имеют строго определенные фазовые углы (в идеальных условиях). Желание разработчиков металлодетекторов точно определить этот угол приводит к развитию схемотехники и программного обеспечения детекторов, для получения максимальной эффективности определения металла. На деле, этому препятствуют множество факторов: влияние земли, ориентация предмета в грунте, соотношение различных металлов в одном месте. Существует множество чисто схемных проблем, которые препятствуют этому стремлению: не идеальность датчиков, различные задержки в операционных усилителях, в частотных цепях, плохая симметрия, ограниченность динамического диапазона, несимметричность каналов X ,Y и т.д.
В большинстве простых (без процессоров) М.Д. задача упрощается тем, что мы определяем, только направление движения фазы в плюс или минус (цветной - черный).
Даже в этом случае, мы не освобождаемся от множества проблем. Начнем с работы простого фазового детектора.

Типовая схема фазового детектора.
Фазовые детекторы тактируются двумя сигналами сдвинутыми на 90 градусов. Фазовый детектор тактируемый сигналом ТХ отвечает за фазу сигнала, а сдвинутый на 90 градусов за амплитуду RX. Хотя в обоих каналах есть амплитуда и фаза, но все таки для определение фазы важно именно их отношение - именно оно и показывает величину фазы. Рассмотрим схему фазового детектора на рис2.


Схема состоит из двух цепей: С1, R1 - дифференциальная цепь (фильтр ВЧ) и С2, R2 - интегральная цепь (фильтр НЧ). Вторая цепь, совместно с ключом (Кл.) выполняет роль детектора сигнала. На рисунке 3 показано "нулевое" состояние - положение фаз показано для наглядности, на деле в положении "0" амплитуды каналов X, Y - мизерны. На рисунках 4, 5 показано как меняется фаза сигнала для "цветного" - "черного" металла. Думаю, что все показано достаточно наглядно и не требует особых разъяснений, хотя в дальнейшем фазовый детектор нам еще придется рассматривать.


Теперь коснемся немного темы влияния земли. Земля влияет на датчик следующим образом: фаза меняется незначительно (3-7 градусов), но амплитуда (разбалансировка датчика) получается большой (см рис 6). Подстройка фазы (фазовращателем), перед синхронным детектором ничего не даст (расстроен датчик), канал Х будет иметь определенную амплитуду, а в канале Y амплитуда будет оставаться минимальной. Этот факт внесет, нехорошую лепту в наши измерения фазы.
Один из вариантов изменения соотношения каналов X, Y показан на рис 7, но он не возвращает чувствительности М.Д. из-за разбалансировки датчика землей. Сделать вывод, я предоставляю читателю этой статьи.
Продолжение следует.
С уважением, Михаил ("MikeS").