Схемы металлоискателей MD4U

http://emf.ipgg.nsc.ru/mpg/geoelectrycs/abstracts/barsukov.pdf
Мне показалось это интересным в плане подавления влияния грунта (полный облом)
Но эта и другие публикации http://emf.ipgg.nsc.ru/mpg/geoelectrycs/n.php достаточно познавательны и интересны...

Спасибо, наконец выдалось свободное время, прочитал. Статья интересная, даже немного завидно - внятная задача, существование опыта/истории применения метода, развитый математический аппарат...

Прелесть статьи заключается в том, что решается не какая-то узкая задача, а идет разбор физических явлений и их влияние на параметры становления поля после воздействия импульса тока в генераторной петле; то, что происходит в PI. Расхождения МД и геофизики заключается только в интерпретации полученных результатов. То, что для глубинной геофизики зло, для малоглубинных исследований, в том числе и МД, оказывается благом… Например, SPM-эффект, лишь слегка затронутый в статье, в том числе показывает причину болтанки хвоста в МД. Для глубинных исследований это паразитные явления, поэтому с ними борются, а для МД и малоглубинных исследований может оказаться благом.
Жаль, но слишком мало информации о характере формирования отклика из составных частей поля для принятия решения о методах их разделения и идентификации. Просто констатация факта суммарности неопознанных сигналов приводит к печальному выводу: а возможно ли в принципе разделять сигналы целей, грунта…, ведь результирующую сумму можно получить из любых входных сигналов, меняющихся во времени, от высоты, неоднородности, присутствия цели… и пр. Не отражена зависимость SPM-эффекта и частотно зависимых составляющих от силы возбуждающего тока и как следствие изменение характера отклика, а ведь эта зависимость существует, и формулы этого не отрицают… Там - логарифм, тут - обратный, здесь - линейный, квадратичный... в сумме - каша, в которой плавает топор... В моём котелке полочек не хватает разложить всё по местам

Не нашёл пока соответствующей темы,но мне важно получить консультацию по следущему вопросу.Сделал импульсный МИ по самой простой аналоговой схеме с коммутатором на полевом транзисторе.Пока дальность 20-30 см на 5 руб. монету,взависимости от катушки.Однако существует явная электромагнитная помеха,которая проявляется в виде импульсных шумов в динамике,или в виде колебаний стрелки прибора,то периодических,то случайных (очень похоже на показания уровня речи или музыки).Это не позволяет увеличивать дальность обнаружения.Очень подозреваю,что это помеха от ДВ/СВ-станций,трансляционной сети,или сети 50 Гц,поскольку ,при расположении плоскости катушки вертикально,можно установить пеленг на помеху,который постоянен на расстоянии более 500 м.Кроме того,уровень помехи меняется от времени суток и в пространстве.
Просьба не высмеивать мои первоначальные результаты,поскольку сам понимаю,что получился какой-то приёмник...Укажите ,пожалуйста,способы борьбы с данным явлением в металлоискателях данного типа.

по какой схеме собрал, схему покажи

теоретически - выключить источник помех
практически - отойти в сторонку...

...реалистически - собрать нормальный прибор. Ну типа там Клон ПИ-В...

Да,спасибо за все отклики.
В сторону отойти не получается - помеха сохраняется качественно на расстоянии метров 500,изменяется только уровень и немного спектральные составляющие помехи.Может ,только проверять за городом - в месте поиска.
Схема простая,характерная 70-ым - 80-ым годам.Импульсный генератор - катушка 20-25см/ПЭВ-0,3.Далее идёт усилитель с однополярным питанием,через развязывающий конденсатор.(Двуполярное пока не делаю,т.к. схему хотел сделать наипростейшей;да ,и только начал осваивать эту область электроники; и разницы в экспериментах не заметил).Усилитель - К157УД2,с резистором 2МОм в обратной связи,по постоянному току - повторитель,по сигналу - инвертирующий усилитель.Подбор R катушки.
Помеха видна уже на выходе первого усилителя - сразу после спада импульса индукции весь участок до следущего импульса промодулирован сетевой частотой и частотами ,похожими на речь и музыку.Это в помещении.Но качественно,по показаниям стрелочника ,сигнал такой же и на расстоянии больше 100 м от строений.Возможно, только сетевая наводка исчезает.Уровень помехи не очень большой.Например,при подборе усиления ,соответствующего 23 см/5руб. помехи вообще не видно.Но уровень помехи будет значительно больше полезного сигнала,который соответствует обнаружению 27 - 30 ??? см/5руб - изменения положения стрелки от внесения цели тонут в помехе.
Я так вижу,что помеха возникает именно в первом каскаде усиления,или в самой катушке,либо такая электромагнитная обстановка.
Алекс,объясните,пожалуйста,как в рекомендуемых приборах осуществляется фильтрация,или предотвращение приёма описанных помех?
Прошу прощения за отсутствие рисунка - я удивляюсь,как у вас времени хватает на всё.
Спасибо.

2мом в обратной связи- само по себе есть источником помех. Это же практический обрыв! Цепи таких каскадов надо продумывать, тем более что 157УД2 не есть хороший ОУ для таких целей. Это какое Ж там усиление вышло?

Согласен.Из всех практических путей думаю именно уменьшить усиление.(но позже,в следущих каскадах; и не в этом экземпляре).Усиление получилось больше,чем привычно видеть в литературе,особенно для этого усилителя 2 МОм много,конечно.Но настраивал в реале,по чувствительности и работоспособности.
А по теории - если выложу всю схему,споров будет ещё больше.Но они не по теме.Мне важно понять суть возникновения помехи.
По теории ,вход усилителя закорочен через проходной конденсатор 10мкФ на катушку и сопротивление ,гасящее паразитные колебания после импульса индукции.По-моему, 2МОм в обратной связи сильно не повлияют.Как и паразитные наводки на монтаж по входу.Согласен,что можно существенно уменьшить наводки стандартной схемотехникой,но помеха не от этого - или от этого?Можно поставить меньше резистор ООС,уменьшиться усиление,уровень помех.Но далее мы вынуждены возвращать усиление - помехи снова выплывут.

Вот импульсник на рассыпухе с возможностью дискрима.
Может заинтересует.
http://www.geotech1.com/forums/showthread.php?t=10894
Удачи!

Вы можете отключить эти сообщения.

Ещё вопрос.А почему данный усилитель плох для данных целей?Он совсем не идеален - признаю,и есть гораздо лучше.Но если есть усиление для данного сигнала,почему бы его не применить?Пока мной руководили простота схемы ,при малых затратах( пока без покупки компонентов).
Ещё вопрос про входной усилитель.В радиоприёмной аппаратуре есть параметры входных цепей,которые характеризуют смешение сигналов,находящихся вне полосы полезного сигнала.Простой пример - детектирование СВ и ДВ станций во входном усилителе.Скажите,как велико это явление в металлоскателях?

Высокоомные цепи сами по себе есть источниками наводок извне. Т.к. импеданс этих цепей велик и открыт для всех ветров. Если говорить о цепях обр. связей ОУ то задавая отношение резисторов ООС для соотв. КУ можно выбрать например 2Мом и 2кОм и усиление будет 1000, а можно взять 20кОм и 20ом и усиление тоже будет 1000 но цепь уже будет гораздо устойчивее к внешним наводкам. А если говорить о МД то сама катушка и есть электромагнитной антенной. Вы же и усиливаете магнитную составляющую от цели, поле ее. Электролиты на входе сами по себе - индуктивности и на них наводится все и вся. Детектирование радиостанций - дело известное и легко подавляется простейшими RC цепочками на входе (если с входа лезут) Надо задаваться полосой соотв. усилителя, оптимальной. достаточной для усиления сигнала полезного. Короче говоря- на эту тему можно долго разговоры говорить. Это нужно просто понимать, что, откуда и зачем лезет.

Опять со всем согласен,сам не раз делал.Но ни в одном малошумящем устройстве ,ни с этим усилителем,ни с каким другим не было таких помех,а точнее такого их уровня - а уровень сигнала был меннее одного мкВ.Не в первой.Для любого переходного конденсатора,для любого резистора ООС,для разных источников сигнала,в том числе и подключенных к многометровым антеннам,индуктивным датчикам и др.условия...
Поэтому и спрашиваю,что необычно.
Повторюсь - есть явный пеленг на помеху - значит она извне?И явно эектромагнитная,а не наводка на ёмкость монтажа из-за высокого сопротивления.Плюс к этому добавлю,что общее входное сопротивления усилительного каскада не может быть больше R1(см.схему).И я пробовал уже RC- цепи на входе усилителя,это привело к затягиванию колебательного процесса и очень долгим переходным искажениям ( разное время - от 100мкс и больше).
Кроме замены усилителя,R2,R3,C1,подбора RC-цепи на входе усилителя (конечно,я буду это снова пробовать ),что ещё Вы посоветуете в борьбе с таким уровнем помех?Какие ещё могут быть методы?
Прилагаю рисунок,более менее отражающий мою схему,отличается только питание усилителя.Она похожа на один из старых промышленных вариантов,за исключением проходной ёмкости и двуполярного питания.

По поводу ВЧ-фильтрации на входе,- будет ли достаточно Г-образного RC-фильтра?Какие его практические номиналы посоветуете,какую частоту среза - 100 КГц достаточно?Спасибо.

Перед тем как бороться с наводками необходимо:
Почесать левое ухо правой рукой через затылок, трижды плюнуть через левое плечо и осенить Крестным Знамением рабочее место… проверяя наличие заземления, отключая все фонящие электроустройства (TV, энергосберегающие лампы, тиристорные регуляторы, сетевые источники питания, … соседей… или выбрать темное время суток, далеко за полночь…)
Прочитать молитву: «…Спаси и Сохрани… от помех заразных…» Войти в транс и включить подсознание для освечивания проблемы и путей её решения…
1. Для исключения прямого детектирования входной внеполосной помехи необходимо обеспечить постоянство входного импеданса во ВСЕЙ полосе частот и входных напряжений.
Это условие у вас не выполняется. Примененная микросхема имеет входной ток не обеспечиваемый резистором ОС…, возникает динамическая нелинейность.
2. Для уменьшения прямого детектирования необходимо в качестве предварительного усилителя выбирать усилитель напряжения, а не тока; т.к. любой операционник имеет ограничения параметров и нормируется только для определенного диапазона входных напряжений, частот… (у вас как раз - усилитель тока, что благотворно сказывается для прямого детектирования...)
3. Если помеха стационарная (50Гц), то можно выполнить синхронное измерение относительно этой помехи и привести эту помеху в нулевую частотную область, что исключит её влияние на изменение измеренных показаний во времени.
4. Для уменьшения ошибки измерений необходимо применять накопление измеренных результатов. При этом случайные помехи и шумы снижаются в корень из длинны накоплений. Самый простой способ накопления – фильтрация измерений (ФНЧ). Кроме того, ФНЧ отсечет все внеполосные помехи поступающие с источника сигналов.
5. Для исключения статической, медленно меняющейся помехи используют измерение разнополярными импульсами.
6. В случае стационарной непредсказуемой помехи может использоваться накопление от кодированного сигнала. Кодировка может осуществляться, например, полярностью импульса.
…
И т.д. … у кого на сколько фантазия разыграется…

Какой применяется кабель от датчика к входному усилителю? Применить два провода, свитых в витую пару. Емкость, конечно, возрастёт, но на помехоустойчивость скажется положительно. Параллельно любимому резистору на 2 МОм подключить керамический конденсатор на несколько десятков пикофарад (подобрать) - обрежет усиление по ненужным ВЧ. Электролит на входе - тихий ужас - надо подумать о двуполярном питании для его исключения (понадобится дополнительная баллансировка схемы). Ну и все эти "популярные" УД - не для входной части МД...

Иногда шумы ОУ "на глаз" не отличить от помехи. Я в таком случае беру обычный наушничек и цепляю на выход ОУ. В него все слыхать. Сразу слышно песни и пляски.
И еще момент- цепи питания того ОУ. При таких усилениях надо питание хорошо фильтровать/развязывать.

БОЛЬШОЕ спасибо всем.Такие советы приятно читать,серьёзно.
Сергей,первые два пункта - подумаю очень серьёзно,пока без комментариев.Остальные пункты - дело ясное,но не в этой схеме.(Кстати,слух человека использует многие из этих алгоритмов обработки...).
Алекс,спасибо.Использую витую пару.Вы уже третий человек,который не советует данный ОУ,- если не сложно,объясните ваше мнение подробнее.В старых МИ ,годов 90-ых стоят ,вроде,709 (К153 уд1,к553 уд1) усилит.,но мне они не понравились в работе,да,и все параметры К157уд2 гораздо лучше.
Питание я не стал показывать на схеме,- там есть фильтры.Ёмкость ООС я когда-то ставил,сильный эффект,тоже буду повторять.У К157 уд2 есть выводы для С-корреции.
Конечно же,стоит делать "нормальную" схему,но для схемы на одной микросхеме и четырёх транзисторах соотношение результат/затраты вполне удовлетворительные,пока.Вирусы же не вымерли...Поэтому ваши советы по улучшению мне были важны.Если будут ещё рекомендации,буду благодарен.Особенно по поводу фильтра на входе усилителя.

На входе никакие фильтры работать не будут. Поскольку будут фазовые искажения временнЫх характеристик сигнала. Тут какраз полоса нужна широкая. Достаточно широкая. Вся чувственность системы к полезному сигналу- это комплекс сообщаемой мощности в грунт и усилением в борьбе с откликом грунта. Он есть главным в этом деле. Увеличте мощность и уменьшится усиление. Но и грунта прибавится. Закон природы.

Спасибо,по теме помех пока вопросов у меня нет - нужно делать.На входе я ставил RLC-фильтры,- появляются искажения.Об этом я уже говорил.По этой же причине не стал подбирать С в обратной связи и С-коррекции - -потому что эффект очень сильный.Но,видимо, стоит повторить с учётом внеполосных помех на входе.Нужно найти компромис,так сказать.
Вопрос возник на днях.Тоже не нашёл куда задать.Человек сказал сделать МИ на железо,размер целей - крупнее 10 см.И чтобы не брал мелочь вроде гильз,- это важно.Импульсник не хочет.Но категорически хочет дисковый датчик.
Посоветуйте,мне ,новичку,хотя бы тип металлоискателя,который здесь подойдёт.Большое спасибо.

Странный мужик однако...

Ну,а если чуть серьёзнее???Это же в теме - ЭМ - процессы.Какие технические решения можно здесь применить - грунт усыпан металлическими целями разной величины,а нужно реагировать только на 10-см и более,и мелочь не замечать.Ваши рекомендации,пожалуйста.Датчик больше 30см он не хочет.Спасибо.

Да уж. Давайте рассуждать с вашей позиции. Надеюсь понятно что все (все!) металлодетекторы работают на одном принципе- вторичной индукции. Исходя из этого принципа все проводящие и не только объекты попадающие в поток магнитный излучаемый МД переизлучают сообщенную им энергию в виде того же магнитного потока. Т.е. возникает вихревой ток в металлах. И чем больше сечение проводника (толщее тело) тем больше может возникать вторичный ток . Все что попадает под вашу катушку - все излучает! Не зависимо от размеров. А приемник что делает? Воспроизводит все то в виде ЭДС в катушке, в виде суммы сигналов, принятой от всех целей! ВСЕХ! Как вы отделите предметы по сигналам если они все в сумме? Они уже смешаны в катушке. При таких размерах катушки прибор любой будет видеть все! Чтобы не видел гильзы и осколки нужна катушка с диаметром хотябы 1-1,5 метра! Тогда будет эффект не чувства к мелочи. Только за счет рассеяния потока по площади и можно получить некие параметры. А на катушке (любой) с такими диаметрами ничего не будет. Объект в 10, 5, 3 см будет виден прекрасно как минимум на штык лопаты.
Поэтому никаой МД не подойдет вашему заказчику. Если выполнять его требования то только импульсный прибор с рамкой 1,5х1,5 метра

Грунт и дискриминация в PI
http://www.serdp.org/Research/upload/UX-1355-FR-01.pdf