Схемы металлоискателей MD4U

Хочу обратить внимание заинтересованных товарищей (особенно любителей ADUC'ов и ARM'ов ) на патент US6586938. Так как народ не любит сам читать "по ангельски", кратко рассказываю. Патент посвящён вопросам подавления откликов ферромагнетиков (железа и грунта) в импульсниках. Утверждается, что ферромагнетики и "кондуктивные объекты" (не ферромагнетики) отличаются формой отклика.

Для кондуктивных мишеней V(t) = K * exp(-t / tau) , где t - время после окончания импульса, tau - характеристическая константа мишени (от 5 до 100 us), и K - коэффициент.

Для ферромагнетиков V(t) = K * t ^ (-alpha) , где alpha - величина, зависящая от свойств ферромагнетика и длительности воздействующего импульса. Величина alpha нелинейно меняется при изменении длительности воздействующего импульса в диапазоне от 10 до 1000 uS. Далее идут закономерности поведения alpha (кому интересно - почитайте в оригинале), и приводятся 3 способа подавления отклика от ферромагнетиков:

1. Излучаются импульсы только одной длительности, после импульса производится 4 замера (вырожденный случай - 3), и путём простейшей комбинации этих замеров подавляется отклик грунта, интерференция (асинхронная помеха), и ослабляется отклик от железных целей. Недостаток метода - необходимость подстройки под конкретный грунт (и железяку ).

2. Излучаются импульсы 2-х длительностей, после каждого берётся по 2 отсчёта, опять же путём сложения с коэффициентами добиваются подавления отклика от ферромагнетиков. Способ позволяет значительно ослабить отклик от большинства ферромагнетиков.

3. Собственно, этому способу и посвящён патент. Излучаются импульсы 3-х длительностей, после каждого берётся по 2 отсчёта:



Утверждается, что для любого ферромагнетика всегда выполняется выражение:

alpha1 / alpha2 = K * alpha2 / alpha3 , где K - найденный экспериментально коэффициент.

Иными словами, если выполняется выражение

log(V11 / V21) / log(V12 / V22) = K * log(V12 / V22) / log(V13 / V23) ,

то мишень - ферромагнетик. K выбирается раз и навсегда, экспериментально, по заведомо "железной" мишени. Ничего регулировать больше не нужно. Если выражения слева и справа не равны, мишень - "цветнина". Вывод желающие могут опять же почитать в оригинале.

Что хочу добавить от себя. Попробовал я это дело (1-й и 3-й способы) на макете. Макет с прямой оцифровкой (в смысле - без интегратора), с отдельными RX и TX обмотками (DD от Экспа), формировал импульсы 80, 200 и 500 uS... Результаты оцифровки "гнал" через COM-порт в PC, и обрабатывал в своей программе...

Выводы:
1-й способ вполне жизненен (в этом никто и не сомневался), но на практике не слишком удобен.
3-й способ похож на правду, для моего случая K подобрался 0,94 , но различие между "железом" и "цветниной" довольно слабое. Очень мешают помехи, для некоторых типов мишеней даже при сильном отклике разницу ("цвет-нецвет") уловить трудно из-за дёрганий индикатора. Т.е., метод вычислений не слишком "устойчивый". Ну, и метод относительно ресурсоёмкий - вычислять в реальном времени это дело на AVR может не получиться...

Спасибо за направление Патент на всякий случай тоже скачал. Пробовать буду видимо в мае-июне (я надеюсь на это), как раз к концу апреля должны прийти заказанные AT91SAM7S32.

Это, почему?
Вычислять, например, 10 раз в секунду, а остальное время накапливать значения измерений. Операция суммирования делается достаточно быстро, а это позволит легко поднять разрешающую способность системы и уменьшит шумы. Чем больше отсчетов участвуют в накоплении, тем меньше шумов (в корень квадратный раз)

Я бы для начала задался вопросом, почему спустя 6 лет после выхода патента мы не наблюдаем новых австралийских коммерческих приборов, работающих по этому замечательному принципу.

Ю.К.

Надо подумать. С ходу мне это показалось неправильным, я считал результат для каждой серии измерений (благо PC позволяет).


Первый описанный принцип положен в основу SDxxxx (ну, это понятно), второй, видимо, использован в GPxxxx (он описан и в патентах Минелаба), что касается третьего способа - линейка GP ведь дальше пошла, в GPX, что там применяется, никто толком не знает... Да и не Минелабовский это патент (по-моему).

[quote="Кощей"][/quote]
Так, анализируются же всего две точки на характеристике отклика, по которым вычисляется характеристика угла наклона. Затем, при помощи коэффициента приводится к нулю расхождение изменения этого наклона от железной цели. А если это феррит и мы не угадали с соотношением временных выборок t1 t2, то никакого подавления не будет, т.е. нужно еще целенаправленно выбирать эти времена… Или наоборот - ещё какая цель с близкими по характеристике с железом, то она может быть задавлена, т.к. дискриминационная характеристика достаточно пологая и линейная. От расстояния t1-t2 зависит полоса дискриминации, которую оперативно не покрутишь, т.к. нарушается балансировка всего прибора...
Вот, подавление грунта сделано достаточно оригинально (на рисунке, т.к. скачать патент что-то пока не получается), без учета абсолютного значения энергии импульсов, а учитывается отношение этих энергий . При малых расхождениях Т1 и Т2, Т1/Т2 = Т2/Т3, когда еще грунт линеен, - изменения наклона спада характеристик так же должны быть пропорциональны и не должны приводить прибор к реакции на грунт.
Почему не делают? Наверное, выигрыша в дискриминации нет, по сравнению с существующими образцами, или грунт начинает проявлять свои нелинейные свойства, ведь полоса частот увеличивается в двое…

Прямая ссылка - http://www.geotech1.com/pages/metdet/pa ... 586938.pdf

Кстати, в патенте (в формулах), как водится, есть опечатки.


Времена t1 и t2 одинаковы для всех импульсов.

А так - да, если t1 и t2 близко, то интуитивно понятно, что сложно отличить один закон изменения во времени от другого. Если же они сильно разнесены - отсчёт V(t2) "тонет" в шумах...

Во всем этом деле есть одно противоречие. Железо - это металл и ферромагнетик "в одном лице". Подавляя без разбору все ферромагнитные отклики мы теряем и основной отличительный признак железа
Ю.К.

[quote="Кощей"][/quote]
Не совсем так. Железо и феррит – оба ферромагнетики и дают примерно одинаковый по форме отклик, но весьма сильно различаются по частотным свойствам. Отклик от феррита более короткий, чем железа, более высокочастотный, а железный растянут по времени за счет присутствия низкочастотной составляющей. Кроме того, еще немного зависит от силы отклика – ширина гистерезиса. Особенно явно это видно в импульсном «переходнике». Поэтому, очень важно месторасположение момента измерения ферромагнетика, относительно фронта генераторного импульса. Хотя, в обычном импульснике (без интегратора) это хоть и наблюдал, но далеко не в явной форме…

Сергей, еще раз попробую донести свою мысль - железо одновременно и ферромагнетик, и проводник. Т.е., получается, что такая мишень должна давать отклик, который представляет собой сумму "двух законов". Естественно, такой отклик будет отличаться от отклика чистого ферромагнетика.
Или подход с другой стороны - теоретически наверное можно создать "электромагнитный эмулятор" железа. Например, поместить одновременно в поле катушки кусок феррита и кусок олова или латуни (близки по проводимости к железу) в определенной пропорции. На практике ведь такое теоретически тоже может возникнуть - например, рядом окажется красный кирпич и латунный артефакт...

Ю.К.

Если ты хочешь сказать, что выравнивающий наклон коэффициент К, в зависимости от грунта, окружающего фона (кирпичей), должен быть регулируемым и подстраиваемым, то я бы на это согласился... А артефакт... он вылезет наружу... как, в прочем и кусок железа
Прельщает в патенте то, что при помощи простых средств, вроде бы, должна отсутствовать зависимость от уровня отклика окружающего пространства, если оно однородно по своим электрофизическим свойствам.

Вы можете отключить эти сообщения.

Дело в том, что обычный импульсник и безо всяких наворотов неплохо справляется с грунтом.
Наверное это можно объяснить и в свете этого патента. Типа в классическом импульснике достаточно большая задержка, а сигнал от грунта(ферромагнетика) затухает быстро...
Но в данном случае я ставил более "философский вопрос" - железо можно отличить от других металлов только за счет его ферромагнитных свойств. В любом металлоискателе - PI,IB. И если гипотетически предположить, что создан некий прибор, не реагирующий на ферромагнетики, то такой прибор не сможет отличить железо, допустим от латуни...

Ю.К.

Нужно еще добавить, что при этом, такой классический импульсник годится лишь по войне/глубине и для поиска пятаков. Поскольку чувство на золото у него отсутствует напрочь.

Да плохо он справляется, очень плохо. В наших краях работает, а из Болгарии, например, большинство писавших мне письма (по поводу Клонов) жаловались на мешающий грунт. Да и у нас кому как повезёт с грунтом.


Начинается... "Бриллиантовый дым"... Но если уж на то пошло, GP - не классические импульсники ?

Andy_F
А что именно начинается? GP - не классический, а топовый прибор, классический - это хаммерхед и ему подобные. Эти приборы - однорежимные - либо разрабатываются для мелочи при высокой частоте и малой длительности импульса (тут грунт и вылезает), либо на крупняк, как в большинстве случаев их используют у нас, когда грунт по барабану.
Даже если вынести за скобки дискриминацию, хочется иметь прибор, который и екатерининский пятак с хорошей глубины возьмет и золотую сережку на пляже не пропустит.
Что же касается темы, для меня давно ясно, что для лучшего подавления грунта и помех нужно делать несколько разных длительностей импульса. Формулы из патента – тоже очень хорошо, но даже без них можно прояснить что-то эмпирически или через нейросети наконец.
Однако я пока не определился прямая обработка или аналоговые каналы…

Начинается тяга к золоту, которого "в полях" нет и не было.


А какая разница, топовый или самоделка ? Хорошо, не GP (формально можно сказать, что про него не всё известно), а SD серия - типичный импульсник, основное назначение - поиск золота.

Andy_F
Ну о каком "классическом" или "типичном" импульснике можно говорить,
если мультипериоднсть импульсов из крупных производителей только минелаб делает?
Главная особенность SD, это не "золотое" назначение, а работа с "тяжелым" грунтом.
Голдскан - это "классический", но неужели Вы верите, что он побеждает сильный грунт?

То есть, для вас "типичность" - это не принцип действия, а насколько часто такой прибор "встречается в природе" ? Тогда у нас (под Питером) и Тракер - абсолютно нетипичный прибор.


Заходим на сайт Minelab -> Products -> Gold detectors...

X-Terra 705
GPX-4500
GPX-4000
SD2200v2
SD2100v2
Eureka Gold

Возвращаемся к Вашему утверждению: "...такой классический импульсник годится лишь по войне/глубине и для поиска пятаков. Поскольку чувство на золото у него отсутствует напрочь."


Вера - не моя категория, лучше оперировать фактами. GS - прибор мифический, нормальной схемы не существует, пытавшиеся его повторить, насколько мне известно, ничего не добились. Судя по тому, что известно (если отбросить охотничьи байки), компенсации грунта у него нет.


Так сделайте уже что-нибудь. Будет о чём говорить. Рассуждение о нейросети я читаю уже, кажется, 2 или 3 года, а воз и ныне там. Попробуйте прямую обработку - узнаете её недостатки, попробуйте "аналоговые каналы" - тоже ничего хорошего...

Опытные сравнения делал РМдетектор. Он сравнивал Хтерру, Эксп (если память не изменяет) Так вот Эксп видел там где не видел ИБ - через бетонную плиту 30см. Если чтото не так пусть поправит.
Трудность грунта - это гистерезис, коэрцитивная сила, которая зависит от магнитных свойств того ферромагнетика. Чем слабее поле облучения, тем ужее ширина петли гистерезиса и меньше коэрцитив. Излучение непрерывное и коэрцитив дейтствует постоянно, непрерывно, поглощая сигнал той же монеты, сам отклик. А у имп. методов сам принцип облучения другой и эффект остаточной намагниченности, т.е. анализируется совсем в другой плоскости. Других способов видать нет и не будет. Разные "прямые обработки" - это лишь разговоры вокруг темы. Обработка чего? Народ не представляет до конца суть работы аналоговой модели, не могут предложить ничего внятного в простых решениях, что то уже в "прямых обработках" будет!

Andy_F
Сделать... да делал я... хотел чувство на мелкое золото - я его получил, сейчас интересует подавление "тяжелого" грунта при хорошем чутье на золото, и с этим справимся.

В грунте? или в газе?

В данном случае это просто громкое название. Имеется в виду взятие отсчёта без предварительного интегрирования.


Да ну... ЗОЛОТО ! Надоело...

Я понимаю что уже оскома от этого, но только и читаешь- катушки спиральные, корзинные, уменьшение емкости того, сего, снижение интервалов чтобы на монету получить 40см... Но грунт то свое всеравно возьмет...Хоть и золото видит. Но мелкое золото- это не "крупное", тут вопросы и возникают. "Хотел- сделал"- так в грунте или газе? Если в грунте- так с грунтом значит решил вопрос...Че же тогда трудности с более сложным? Значит в газе видать тока...Вот и опять все сначала...Какая обработка...чего обрабатывать? Если не решил еще- аналоговый или не аналоговый. Если нет идей- по моему всеравно какой, хоть цифроаналоговый...

Дело в том, что отклик от феррита и от цветняка по временным параметрам перекрываются (цветняк чаще всего даже короче феррита) и смещением измерительного импульса за пределы феррита, автоматически отсекаются все цветные цели, поэтому без вычитания сигнала грунта не имеет смысла строить прибор на цветнину.
Могу только предположить (т.к. классическим импульсником вплотную не занимался), что в классичеком импульснике с простой катушкой датчика измерению подвергается энергия отклика, её абсолютное значение, без учета знака фазы отклика, поэтому, скорее всего, будет весьма затруднительно отсеять цвет от феррита. В «переходнике» же с DD катушкой цветные и ферромагнитные цели легко отличаются по знаку отклика. Есть ли это явление у Andy_F – наверное, скажет…
В «прямой» обработке, в том числе и здесь (в этом патенте), присутствует огромный недостаток – необходимость иметь линейный, малошумящий тракт с тихой помеховой обстановкой и огромнейшим динамическим диапазоном. Без применения каких-либо специальных мер, высоких параметров, вряд ли можно будет получить…

Ciklon
В обычном для моей местности грунте - песке, что конечно близко к газу.
И идеи есть, но все будет бесполезно без качественной проработки схемы. Без этого все формулы из патентов разобъются о шумы и прочие неточности схемы.