Слово "индукционный"
в названии металлоискателей данного типа полностью раскрывает принцип их работы,
если вспомнить смысл слова "inductio" (лат.) - наведение. Прибор данного
типа имеет в составе датчика одну катушку любой удобной формы, возбуждаемую
переменным сигналом. Появление вблизи датчика металлического предмета вызывает
появление отраженного (переизлученного сигнала), который "наводит"
в катушке дополнительный сигнал электрический. Остается этот дополнительный
сигнал только выделить.
Металлоискатель индукционного
типа получил право на жизнь, главным образом, из-за основного недостатка приборов
по принципу "передача-прием" - сложности конструкции датчиков. Эта
сложность приводит либо к высокой стоимости и трудоемкости изготовления датчика,
либо к его недостаточной механической жесткости, что обуславливает появление
ложных сигналов при движении и снижает чувствительность прибора. Если задаться
целью устранить у приборов по принципу "передача-прием" этот недостаток,
то можно придти к необычному выводу - излучающая и приемная катушки у металлоискателя
должны быть объединены в одну! В самом деле, весьма нежелательные перемещения
и изгибы одной катушки относительно другой в данном случае отсутствуют, так
как катушка только одна и она одновременно и излучающая, и приемная. Налицо
также предельная простота датчика. Платой за эти преимущества является необходимость
выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала
возбуждения излучающей/приемной катушки.
Принципиальная
схема входной части
Выделить отраженный сигнал
можно, если вычесть из электрического сигнала, присутствующего в катушке датчика,
сигнал той же формы, частоты, фазы и амплитуды, что и сигнал в катушке при отсутствии
металла вблизи. Как это можно реализовать одним из способов, показано в виде
структурной схемы на рис. 16.
Генератор вырабатывает
переменное напряжение синусоидальной формы с постоянной амплитудой и частотой.
Преобразователь "напряжение-ток" (ПНТ) преобразует напряжение генератора
Uг в ток Iг, который задается в колебательный контур датчика. Колебательный
контур состоит из конденсатора С и катушки L датчика. Его резонансная частота
равна частоте генератора. Коэффициент преобразования ПНТ выбирается таким, чтобы
напряжение колебательного контура Uд равнялось напряжению генератора Uг (в отсутствие
металла вблизи-датчика). Таким образом, на сумматоре происходит вычитание двух
сигналов одинаковой амплитуды, а выходной сигнал - результат вычитания - равен
нулю. При появлении металла вблизи датчика возникает отраженный сигнал (иными
словами, меняются параметры катушки датчика) и это приводит к изменению напряжения
колебательного контура Uд. На выходе появляется сигнал, отличный от нуля.
На рис.16 приведен лишь
простейший вариант одной из схем входной части металлоискателей рассматриваемого
типа, как простейший. Вместо ПНТ в данной схеме в принципе возможно использование
токозадающего резистора. Могут быть использованы различные мостовые схемы для
включения катушки датчика, сумматоры с различными коэффициентами передачи по
инвертирующему и неинвертирующему входам, частичное включение колебательного
контура, и т.д. и т.п.
В схеме на рис. 16 в качестве
датчика используется колебательный контур. Это сделано для простоты, чтобы получить
нулевой сдвиг фаз между сигналами Uг и Uд (контур настроен на резонанс). Можно
отказаться от колебательного контура с необходимостью точной настройки его на
резонанс и использовать в качестве нагрузки ПНТ только катушку датчика. Однако,
коэффициент передачи ПНТ для этого случая должен быть комплексным, чтобы скорректировать
сдвиг фазы приблизительно на 90°, возникающий из- за индуктивного характера
нагрузки ПНТ.
