Схемы металлоискателей MD4U

Здравствуйте уважаемые форумчане!

Хочу немного рассказать о своей идее, над которой работаю в настоящее время.

С год назад меня посетила идея программной реализации IB металлоискателя в обычном ноутбуке. В качестве ЦАП и АЦП можно использовать звуковую карту. Из дополнительной аппаратуры потребуется только катушка, наушники и небольшой кабель-переходник.

Идея имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства:
+ Все режимы работы металлоискателя определяет программа, производительности современных Нетбуков вполне достаточно для реализации металлоискателя. По крайней мере программная реализация "Терминатора" кажется вполне реальной. Функции прибора можно наращивать модернизируя программу.

+ Несложно реализовать "Годограф" и исследовать происходящие процессы несколько глубже, чем при конструировании аналоговых схем.

+ В поездки я часто беру с собой Нетбук. Если взять с собой Катушку, а штангу сделать из подручной палки, то можно развлечь себя поиском в новом месте.

Недостатки:
- Работать с Нетбуком на ходу не очень то удобно. Можно конечно выбрать один режим работы и убрать Нетбук в сумку или рюкзак и работать только с помощью наушников, но тогда отпадает возможность использовать "Годограф" и визуальную индикацию (хотя пару светодиодов и переключателей можно вывести использую, например, адаптер USB<->RS-232C).

- Время автономной работы Нетбуков достигает 11 часов, но это в теории, на практике при большой загрузке процессора время работы составит 2-3 часа не более, что не достаточно для "профессионального" поиска.

- Обычные недорогие (не промышленные) Нетбуки плохо защищены от пыли и влаги. В сумке Нетбук греется.

- Идея имеет технические риски: А вдруг ничего не получится? Звуковая карта будет работать как-то неправильно, операционная система не сможет обеспечить требуемые времена реакции и т.п. и т.д.

=>
Лично для меня Достоинства превзошли Недостатки. Готовую самодельную катушку от недоделанного Терминатора и штангу мне дал хороший товарищ. С появлением катушки я приступил к первым экспериментам. Нетбук у меня уже был. Написать программу я могу самостоятельно. Несмотря на возможные риски провала я имею чисто спортивный интерес! Ставлю целью получить для себя прибор пригодный для практического применения в развлекательных целях с параметрами не хуже чем у популярных самоделок.

Перед тем как я все-таки решился, я провел поиск, быть может кто-то уже проводил подобные эксперименты, но ничего не нашел.

За последнюю неделю я попробовал в действии программную генерацию сигналов и программную дискриминацию. Экспериментально определил характер изменений принимаемого сигнала. Могу точно сказать, что кое-что у меня получилось и после реализации звуковой тональной сигнализации я верю в успех дальнейшей реализации. Все эксперименты я провел с лежащей на табуретке катушкой. Программа не имеет пока человеческого интерфейса. Выход на улицу еще предстоит.

Хотел бы услышать мнения по поднятому вопросу.
Если будет интерес, постараюсь поделится результатами экспериментов.

Привет Сизифу!

О! Только-только вчера на "Паяльнике" отбили у одного такого "идейного" жуткое стремление написать прогу на джаве для Нокии, чтобы из мобильника сделать суперМД. Он предлагал подключить одну катушку (приёмную) вместо микрофона, вторую (передающую) вместо наушника. Раз процессор и дисплей есть - значит всё - годограф и крутейшая селекция обеспечены
Сама идея использовать ноутбук в металлодетекции не нова, но только ведь не в смысле готового железа с датчиками, а в смысле обработки удобоваримого сигнала от внешней схемы. Так, у Сумах на заводе электронных микроскопов один Кулибин умудрился подключить масспектрометр для спутника к ноутбуку - выезжаешь на местность, устанавливаешь прибор повыше над землёй и он рисует тебе на экране, что и где под землёй лежит. Дело было давно, лет 10 тому назад, где сейчас тот Кулибин и его изобретение - не найти концов...
Также прошлым летом в центре Сум харьковчане по заказу мерии города георадаром нашли фундамент старой Покровской церкви - я издали видел, что ноутбук там тоже применялся.

Прикольная идея я ради такого даже нетбук приобрету

интересно будет почитать что будет дальше. Успехов!

На Геотехе с этой идеей носились... Кончилось, как водится, ничем.

У меня есть ACER Aspire One 150D. Замечательная машинка. Лёгкая и быстрая. Но.. С родной батареей хватает максимум на 4 часа работы. Если закрыть крышку он аппаратно переводится в режим спячки и всё кроме памяти отключается. Выход на наушники дохлый. 200мА в катушке не получишь. Так что моё ИМХО - кроме легкости обновления (и отладки на нем же) П/О других приемуществ чесслово не вижу. Увы. Да и жалко бы мне было где-то об камень его бахнуть или под дождик попасть..

О чём и речь. Металлоискатель, пусть даже и начального уровня (какой-нибудь Garrett Ace или Minelab X-Terra), стоит навскидку долларов 300. И нетбук стоит те же 300 (только без штанги, катушки, и т.п.). При этом нетбук проживёт ровно до первого падения в грязь (или попадания под дождь). Нет смысла.

Вести с полей, как обещал.

На моем Нетбуке с процессором Atom N450 установлена Ubuntu Linux и Windows 7 Starter. Для экспериментов я выбрал Linux. Для работы со звуковой картой я выбрал библиотеку JACK (jackaudio.org). Библиотека имеет низкие показатели латентности. Для рисования "Годограмм" я выбрал библиотеку Qt4 (qt.nokia.com). Выбранные библиотеки должны позволить перенос программы под Windows, если потребуется.

У меня есть 2 самодельные катушки DD (собрана) и коаксиальная (еще не собрана до конца), которые мне дал мой друг. На них я провожу эксперименты в воздухе, катушки размещаю на картонной коробке, подключаю катушки по очереди для сравнения. Все катушки резонансные (10,2...10,6 кГц).

Приемная катушка подключена к микрофонному входу (левый канал). К выходу на наушники подключена передающая катушка. В моих передающих катушках применена схема индуктивной трехточки с заземленном центром. Поломал голову как лучше ее подключить. Если бы не было экрана приемной катушки, подключенного к центральному отводу передающие катушки, то можно было бы честно не использовать центральный отвод. Апробировал два варианта: 1) корпус на "центральный" отвод, "верхний" отвод - левый канал наушников, "нижний" отвод - воздух; 2) "нижний" отвод - корпус, "верхний" отвод - левый канал, "центральный" отвод - воздух. Оба варианта в условиях моих экспериментов работали идентично (не считая разных начальных фаз и амплитуд на приеме). Можно еще подобрать трансформатор или собрать фазоинверсный каскад, чтобы питать корректно передающую катушку, но тогда теряет смысл идея использования исключительно Нетбука.

При выборе частоты дискретризации звуковой карты 96 кГц убедился, что звуковая карта формирует сигнал с частотой до 40 кГц практически без потерь с амплитудой до ~0,1 В (на высокоомной нагрузке - осциллограф С1-73, который достал из дальнего чулана). Для работы ограничился классической частотой дискретизации 44100 Гц, чтобы не перегружать процессор.

К выходу правого канала звуковой карты подключил наушники (левый и правый параллельно).

Обработку разделил на 2 задачи. Первая задача выполняется в контексте приоритетного потока реального времени и выполняет следующее функции: прием левого и правого канала (оба канала обрабатываются идентично, второй канал заложен для второй приемной катушки); синтез выходного сигнала для передающей катушки и тон-сигнализации (синусоиды), ФВЧ, синхронное детектирование, предварительный ФНЧ. Вторая задача выполняется в контексте таймера Qt4. Обмен данными между этими задачами осуществляется через средства JACK (кольцевые буфера).

При первых экспериментах ограничился построением векторных диаграмм принимаемого сигнала при подносе к датчику различных металлов (монеты, гайки, золотые/серебряные украшения). Первое, на что обратил внимание, что мои катушки сбалансированы очень плохо и я имею сильный "пролаз", причем изменения амплитуды и фазы сигнала при подносе предметов очень мало по сравнению с этим "пролазом". Кстати начальная фаза "пролаза" зависит от рабочей частоты. До дискриминации я выполнил компенсацию (вычитание) и корректировку фазы и изобразил относительные изменения амплитуды и фазы. Тут я и увидел отличие цветных металлов от черных!

Провел я эксперимент с внешней USB звуковой картой с чипом C-media. Оказалось, что фаза принимаемого сигнала "плывет" в соответствии с некоторым случайным узкополосным процессом и придумывать алгоритмы работы в таких сложных условиях я пока не стал (хотя можно подумать). Видимо, что всему виной шина USB, которая распространяет разные пакеты с разной задержкой.

Сейчас, глядя на схемы обычных аналоговых IB детекторов и в соответствии со своей фантазией я реализовал "статический" и "динамический" режим. Реализовал следующие режимы дискриминации и тональной сигнализации:
0 - однотоновая "цветные металлы"
1 - однотоновая "черные металлы"
2 - однотоновая "все металлы"
3 - однотоновая "пустоты"
4 - двутоновая "черн/цвет металлы"
5 - полифония "все металлы" (частота тона — величина фазового сдвига)

Пока еще программа не имеет человеческого интерфейса, а все настройки я беру из INI-файла.

В динамическом режиме вырезаю полосу 0..3 Гц. Согласованную обработку (когерентное накопление) веду из соображений, что полоса сигнала от цели составляет до ~15...20 Гц.

Результаты следующие: «Пятак СССР» на воздухе 20-25 см вижу. Монета «1 коп. СССР» - до 20 см, (в зависимости от ориентации). Рубль СССР «юбилейный» - до 30 см. Груз от гантели «2,5 кг» вижу на расстоянии примерно 70 см. При большей чувствительности (при меньшем пороге) в условиях квартиры наблюдаю помехи.

По «годограмме» и в режиме «полифония» отличается золото от серебра. Медь и золото почти не различаются. Российские монеты 90-х годов определяются как то черные, то цветные (в зависимости от ориентации). Инструменты (отвертка, кусачки) определяются как черные.

Никаких сверх результатов я пока не получил, но в целом все работоспособно. Можно увеличить чувствительность, но потребуется ограничить скорость сканирования (скорость проноса целей).

Сейчас думаю о графическом интерфейсе пользователя (в настоящее время вручную корректирую INI-файл и перезапускаю программу, чтобы изменить параметры.

Имею проблемы с «китайскими» разъемами «Mini Jack», плохо контачат, «шуршат», создают помехи при вибрации. Нужно искать хорошие «позолоченные» разъемы (два «папы» и один «мама»).

Полевые испытания ЕЩЕ ПРЕДСТОЯТ!
А пока ругайте дальше.

А пыли сколько! А носиться с ним! Нафиг он там нужен. Гдето забудешь под деревом, фиг найдешь.
Сизифов труд. Попомните мои слова...
Штанга нужна? Нужна, катушка нужна? Нужна. Что трудно прицепить коробочку с каким то Терминатором и батарейкой? Нафига тот бук там? Утопия...Купи Аську и махай на здоровье.

Такие люди нам нужны , ...если направить в правильное русло.
А почему "на ноутбуке", почему не взять просто хороший камень с индикатором? Ноутбук здесь вряд ли кто одобрит, потому что, действительно, в первую очередь это непрактично, а вот советы по схемотехнике, алгоритмике, конструктиву, настройке и т.п. - захлебнёшься ("Единственное, что бесплатно дают в наше время - это советы").

Вы можете отключить эти сообщения.

Использовать Qt для "рисования годограмм" - это ядрёной бомбой убивать таракана Одного тапка вполне хватит Да, что хотел сказать - правильно тут советуют - собери тесору и копай

Тут больше амбиций чем нужен тот МД. МД делается не ради МД, а ради ковыряния в земле. Грязь и пыль, мусор. Условия такие... Куда тот бук? На шею вешать? Чтобы бибикал! Ну смех жеж...

Не все делают МД для того чтобы копать, некоторые и для интереса извращаются. Пусть человек делает, если хочется, тем более, что что-то уже получается.

Так он же сам пишет, для чего ему МД.

Логичнее нетбук сделать в виде приставки , на которую подаются уже готовые сигналы Rx и синхронизации с любого IB МД для более сложной обработки сигналов например на замусоренных участках , может он придумает более совершенный программный дискрим , чем штатный у МД , а не нужен - отстегнул и в рюкзак , как вариант . Не стоит давить чужие идеи только по тому , что они в данный момент кажутся вам "не правильными" - у них может быть неожиданное продолжение .

Чтобы сделать некий "дискрим" нужно много чего очень хорошо знать и разбираться. Сделать своими руками не один МД, проползать с ними на пузе по тем мусорам. А потом генерить программы и идеи. Судя по результатам проведеных работ и измерений, мужик медь от золота не отличает. А вы говорите- дискрим ....

Насчет определения металлов.

Вот такие получил измерения:

Золотое кольцо - фаза 29 градусов.
Монета 5 коп СССР - фаза 54 градуса.
Две монеты 5 коп СССР вместе - фаза 64 градуса.
Монета 3 коп СССР - фаза 45 градусов.
Монета 1 коп СССР - фаза 29 градусов.
Монета 1 рубль СССР юбилейный "олимпиада 80" - фаза 45 градусов.
Две монеты по Рублю "Олимпиада 80" - фаза 57 градусов
Монета 20 коп. 1961 г - фаза 19 градусов.
Кольцо серебряное - фаза 66 градусов.
Брошка (похоже) серебряная - фаза 77 градусов.
Монета 2 рубля 2001 г - фаза 29 градусов.
Отвертка черн. мет. - фаза минус 50 градуса.
Молоток - фаза минус 36 градусов.

От эксперимента к эксперименту результаты имеют разброс до нескольких градусов.

"Чистые" металлы имеют довольно устойчивое отношение амплитуды в канале Y на амплитуду в канале X на протяжении всей траектории движения цели. Российские монетки рисуют "петли" и говорить о фазе бессмысленно (можно говорить лишь о разбросе).

Видно, что масса монеты влияет на фазу (пример 2 пятака или 2 юбилейных рубля вместе). Это не очень хорошо.

В статическом режиме дальность влияет на амплитуду, но не на фазу (для чистых металлов). Это хорошо.

Черные металлы от цветных отличаются явно. Это, полагаю, нормально.

Любопытно все это....

Судя по дате регистрации и предыдущему посту мужик таки разбирается в МД больше подавляющего большинства посетителей нашего сайта .

Очень красивые цифры получились, (совпадают ВДИ с приборами АКА). Если это не шутка, то продолжайте дальше.
P.S. А про землю-матушку Вы не забыли ??? Как будете решать вопрос с грунтом ? без этого получится только пшик ......

Извините , что еще раз влажу . Если в катушку поставить усилки Тх и Rx и применить раскладную , легкую штангу с питаловом для них и держателем для нетбука (лучше таки КПК) , то как пляжник для развлечения и жабы для окружающих ( а не для фанатов копа ) вполне пригоден и в таком виде , а там глядишь и с грунтом человек разберется , сделает пользователь два замера - у грунта и в воздухе , МД запишет фазы и уровни грунта и воздуха в обоих каналах - вычислит взаимную прогрессию ( вектор грунта ) в обоих каналах и будет его МД просто корректировать текущие значения в соответствии с полученной прогрессией и для МД грунт в обоих каналах станет "прозрачный" , было бы желание и упорство .
Посмотрим что у него выйдет в реальном грунте и как он с ним будет бороться на практике .

Для данного конструктива реальнее прибор типа магнитометра.
Тележка с буком и датчиком и закрывай квадраты.

Как производилась фазовая синхронизация TX и RX (sin+cos) на встроенных мультимедийных устройствах?
Какова длительность обрабатываемых треков? Или длительность накопления измеренных результатов?
…
Нет главной цели – фазы грунта… Сдвиг фазы от суммарной цели и характер изменения амплитуды вы уже наблюдали

Вот мне это тоже интересно - в подобных (но не "ноутбутовских" же) приборах часть сигнала передатчика подают в приёмную часть - неужели это можно реализовать программно в реалтайм без внесения дополнительных паразитных фазовых сдвигов за счёт времени, необходимого для работы самой программы?

На опытного специалиста по МД не претендую.
Могу немного некорректно выражаться на своем радистско-радиолокационном жаргоне.

Написал 2 режима "Статический" и "Динамический":

В статическом режиме отображаю амплитуду и фазу на выходе когерентного накопления. Перед накоплением вычитаю (компенсирую) из входного сигнала константу - амплитуду "пролаза" с TX катушки. Чтобы вычислить эту константу "балансировки" делаю накопление по кнопочке. Кнопочку нажимаю, когда в поле катушки ничего нет. Этот режим удобен для исследований. В течении нескольких минут балансировка сама уходит, нужно нажимать кнопочку.

Приемный тракт примерно такой (в порядке от АЦП):
1. На входе ФВЧ по принципу простого ЧПК-1 (череспериодное вычитание).
2. Векторный демодулятор (на выходе квадратурные каналы).
3. ФНЧ с АЧХ типа "sin(f)/f" на основе накопления пачек в окне ~5...10 мс.
4. Прореживание комплексных выборок (децимация) с частоты 44,1...96 кГц до 100...200 Гц.
5. Накопление выборок в скользящем окне ~50 мс.
6. Поворот фазы и компенсация (вычитание накопленной отдельно константы).
7. Построение "Годограммы" на осях OY, OY из выборок за последние ~0,5 сек, обнаружение (сравнение выборок с порогом) в соответствии с режимом.
8. Формирование амплитуды и частоты тон сигнализации для управления передающим трактом (в зависимости от режима).

В динамическом режиме я из приемного сигнала "вычитаю" (фазу и амплитуду) того же сигнала, но обработанного более "тяжелым" фильтром. Таким образом, цель нужно "проносить" с определенной скоростью, а не просто "подносить". В данном режиме "балансировка" выполняется циклически, кнопочку периодически нажимать не надо.

Для реализации динамического режима и кнопочки "балансировка" в приемном тракте имеется ФНЧ с накоплением в скользящем окне ~0.3 сек.

Полагаю, что в динамическом режиме "баланс грунта" будет автоматический.
То, что грунт сидит в полое 0...3 Гц, а цель 3...20 Гц я прочитал на данном замечательном форуме . Пока придерживаюсь именно этих параметров накопления и компенсации.

В статическом режиме нужно будет постоянно нажимать кнопочку "балансировка". Планирую использовать статический режим в интересах уточнения координат цели и ее фазового "портрета" при "медленном" сканировании.

Насчет синхронизации.
JACK вызывает мою callback функцию с указателем на входные данные с АЦП и с указателем на буфер куда я выкладываю выходные данные для ЦАП. На встроенной звуковой карте разность фаз TX и RX сигнала на одной частоте постоянна и "не плывет", если не трогать катушку. Синтез передающих сигналов и синхронное детектирование выполнятся в реальном времени в контексте callback функции JACK. Такой синхронизации Tx и Rx каналов оказалось достаточно, если не считать неудачу с USB звуковой картой.

Уровень принимаемого сигнала с микрофонного входа довожу микшером до минус 6 дБ к уровню ограничения АЦП. Уровень порога обнаружителя (после компенсации) выбрана примерно минус 50 дБ (для сигнала в полосе 3...20 Гц). Уровень шумов примерно минус 80 дБ. (в полосе 0...3 Гц). Пересчитав, можно оценить что шумы в полосе АЦП составляют примерно минус 40 дБ, что не много ("вшивость" звуковой карты на лицо).

Загрузка процессора составляет сейчас примерно 30% при частоте АЦП/ЦАП 44100 Гц, частота процессора 1660 МГц.

Насчет КПК, микроконтроллеров и советов заняться "делом", а не заниматься "ерундой".
Пока мне Очень удобно разрабатывать код на Нетбуке и сразу же апробировать в действии.
Буду ли я переносить проект с Нетбука на микроконтроллер - не знаю, но пока не планирую, поймите правильно, "лень и нет времени". Вы мне подарили идею сделать GUI в стиле железного устройства с "кнопками" и "светодиодами" без всяких наворотов. К тому же не люблю я писать GUI - скучно.
У меня есть AVR микроконтроллеры и даже вот такая вот готовая штука: http://jyetech.com/Products/LcdScope/Paneled_2.jpg
Копать в грязи не планирую, пока еще "не втянуло". Просто экспериментирую "Just for fun".

А пока готовлюсь к выходу на пляж в ближайшие выходные.

P.S.
Интересно, что если трясти катушку, то наблюдается сигнал с фазовым сдвигом +/- 90 градусов, но за счет малого сигнала в канале X он не обнаруживается.
Еще любопытный факт. Подбором частоты работы в небольших приделах (10,45...10,55 кГц) я добился понижения уровеня шумов на 10 дБ и более (это много!), понизил порог обнаружения (с сохранением вероятности ложных тревог) и поднял немного чувствительноть. Ложные тревоги следующие: при неподвижной катушке слышу очень слабое "подпикивание" тон сигнализации не чаще чем раз в минуту.