Металлоискатели. Перспективы развитияПерспективы развития
Природу не обманешь - ее законы объективны и недосягаемы для власти человека. Коль мы не в состоянии изменить уравнения Максвелла, - ждать, что в будущем электронные металлоискатели совершат кардинальный скачок по глубине обнаружения предметов, увы, не приходится.
Иное дело - селективность по металлам, а точнее говоря, - по типам обнаруживаемых мишений. Активность разработок ведущих зарубежных фирм, выпускающих электронные металлоискатели, в последние годы была сконцентрирована именно вокруг данной задачи.
Практически можно считать разрешенной задачу отделения (дискриминацию) нежелательных сигналов от такого типичного металлического мусора, как алюминиевая фольга, железные и алюминиевые пробки от бутылок, ржавчина. Дискриминация основана на обработке сигналов от двух каналов электронной части металлоискателя и по своей сути является сортировкой сигналов, отраженных от различных мишений, по фазе.
Широкое распространение получила компьютеризация металлоискателей, точнее говоря, применение КМОП-микропроцессорной техники в совокупности с многофункциональными жидкокристаллическими дисплеями. Справедливости ради, следует отметить, что применение встроенного в металлоискатель микроконтроллера дает только всевозможные удобства пользователю, не улучшая, по сравнению с аналогичным прибором без микропроцессора, основные параметры.
Однако, несмотря на очевидный прогресс в разработках ведущих фирм, существует, по мнению автора, новое актуальное направление, в котором следует ожидать дальнейших качественных изменений. И это направление также связано с улучшением селективности металлоискателей, то есть с их способности различать те или иные металлы. Всю историю последних тысячелетий человечество стремилось к золоту. Поэтому очень актуален прибор, позволяющий отличить, грубо говоря, горшок с монетами от выброшенного "в лучших традициях", за ненадобностью, заднего моста от колхозного грузовика. Здесь уже мало будет прибора, способного отличить железную пробку от монеты. Необходим прибор, реагирующий на тип металла для объектов произвольной формы и произвольного размера.
На каких же основных принципах можно построить такой электронный металлоискатель? Ответом на вопрос может служить известный научный факт - по анализу частотной характеристики отраженного сигнала можно достаточно точно определить принадлежность неизвестной мишени к проводящему материалу того или иного типа, см. [32], стр. 196. Следовательно, такой прибор в принципе не может работать на гармоническом (синусоидальном) сигнале фиксированной частоты. Остаются два варианта - изменять частоту и регистрировать частотную характеристику (в терминах [32] - характеристический профиль мишени), либо излучать не гармонический сигнал, а сигнал со сложным спектром, и регистрировать одновременно компоненты этого спектра в отраженном сигнале.
Первый из этих вариантов был предложен еще в работе [I], однако автору неизвестно ни одно из его реальных воплощений. По всей видимости, достаточно длительная во времени процедура анализа частотной характеристики сигнала неприемлема для мобильных приборов поиска.
Второй вариант представляется гораздо более предпочтительным, так как одновременный анализ компонент спектра экономит время. Более удобна и практическая реализация - по своей схемотехнике прибор может быть аналогичным описанным выше металлоискателям индукционного типа и по принципу "передача-прием", с разницей лишь в форме излучаемого сигнала, количестве каналов и устройстве обработки.
Сформировать излучаемый сигнал для такого прибора также несложно. Простейшим решением является генерирование сигнала напряжения прямоугольной формы (меандр), имеющего линейчатый спектр из нечетных гармоник.
Излучающая катушка (колебательный контур в данном случае не подходит) будет по-разному преобразовывать различные компоненты спектра подаваемого на нее сигнала напряжения в ток ввиду индуктивного характера своего импеданса. Для того, чтобы чувствительность по каналам металлоискателя, соответствующим различным линиям спектра сигнала, была одинаковой, целесообразно использовать не меандр, а сигнал более сложной формы, у которого высокочастотные линии спектра имеют большую амплитуду. Вполне вероятно, что для предлагаемого прибора нового типа потребуется не столь редкий линейчатый спектр, как у меандра. В данном случае универсальным решением может оказаться цифровой генератор псевдослучайной последовательности на сдвиговом регистре небольшой длины (в сочетании с перемножением на меандр несущей частоты). Формирование таких сигналов вполне реализуемо цифровыми методами как с помощью микропроцессоров, так и с помощью обычных микросхем низкой степени интеграции.
Интересным является вопрос - какое количество линий спектра анализировать? Очевидно, что для обычной схемотехники оно ограничено количеством каналов металлоискателя, т.е. разумными аппаратурными затратами. Разумным ограничением для аналоговой реализации является, по мнению автора три линии спектра (шесть каналов металлоискателя). Их оптимальные относительные амплитуды и частоты требуют дальнейшего изучения.
Стремительный прогресс микроэлектроники и цифровой микропроцессорной техники позволяет надеяться, что возможен в недалеком будущем и другой вариант реализации металлоискателя нового типа. Его основная идея заключается в переноске "центра тяжести" с аналоговой части прибора на цифровую. Анализ спектра отраженного сигнала будет реализован программно с помощью микропроцессора. В данном случае рост количества анализируемых линий спектра не будет приводить к дополнительным аппаратурным затратам. Такой металлоискатель будет содержать микропроцессорный микроконтроллер, 16-разрядный АЦП, предварительный усилитель, выходной формирователь, устройство индикации. Допустимая степень сложности обработки информации будет зависеть от размера программы (от объема ПЗУ и ОЗУ) и от производительности микропроцессора (определяется допустимой мощностью, потребляемой от аккумулятора).
Кто знает, быть может один из молодых читателей этой книги будет писать программы для таких металлоискателей...
| Ваш комментарий к статье | ||||
