Дифференциально-мостовой датчик

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ.

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

ФАКУЛЬТЕТ «ПОДГОТОВКИ АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ»

КАФЕДРА «ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой ОАБ

профессор В.М. Ильин

« » 2011г.

Доцент Вербицкий Ю.А.

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине

«Организация досмотра»

ТЕМА 4. Технические средства проведения досмотра.

Лекция 4.3. Датчики металлоискателей.

Обсуждено на заседании кафедры ОАБ

Протокол № от « « 2011г.

Ульяновск 2011

Содержание

Введение

Учебные вопросы:

1.Вихретоковый датчик;

2.Дифференциально-мостовой датчик;

3.Трансформаторный датчик.

Заключение

Литература.

Основная:

1.Авиационная безопасность: учеб. пособие: в 2 ч. Ч.1А.В. Дормидонтов, С.И. Краснов, Н.В. Павлов; под общей редакцией С.И. Краснова, - Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2009. _ 192с.

2.Авиационная безопасность: Учеб. пособие: под общ. ред. Ю.М. Волынского-Басманова, - 2-е издю, перераб. и доп. – М.: - М.: НУЦ «АБИНТЕХ», 2005. – 800 с., ил.

Учебно-материальное обеспечение.

1. Наглядные пособия.

2. Технические средства обучения.

3. Приложения.

Введение

Датчики всех металлоискателей относятся к индукционному типу, т. е. их основой является одна или несколько катушек, которые часто называют приемными катушками.

Датчики различаются физическим принципом преобразования изме­нения структуры электромагнитного поля при появлении в нем метал­лического предмета в выходной сигнал» видом выходного сигнала - по­стоянный или переменный ток, свойствами выходного сигнала, конст­рукцией.

Наибольшее распространение получили следующие виды датчиков: вихретоковые, дифференциально-мостовые и трансформаторные.

Вихретоковый датчик

Принцип действия этого датчика основан на явлении возникнове­ния в металлическом образце под действием переменного магнитного поля кольцевых микротоков, называемых индукционными или токами Фуко. Они нагревают образец, т.е. происходит поглощение, и преобра­зование в тепловую форму части энергии электромагнитного поля. После резкого исчезновения переменного магнитного поля индукционные токи постепенно затухают. Оба указанных свойства используются в датчи­ках.

Датчик первого типа работает в непрерывном режиме и схемотехни­чески составляет единое целое с АГ, создающим гармонически изменяющееся электромагнитное поле. Такой вариант вихретокового датчика называется вихретоковым преобразователем (ВТП). Функции пе­редающей и приемной катушек в нем совмещены. На рис. 1.2 пред­ставлена упрощенная принципиальная схема ВТП. Катушка L поискового эле­мента и конденсатор С образуют колеба­тельный контур АГ, выполненного по схеме индуктивной трехточки. Катушка L совмещает роль и передающей и приёмной.

Выходное напряжение U_Д снимается с отвода катушки. Амплитуда колебаний напряжения на контуре при не­изменных прочих условиях уменьшается при увеличении затухания кон­тура. Поглощение части энергии электромагнитного поля, создаваемо­го катушкой, металлическим предметом эквивалентно увеличению за­тухания. Поэтому полезным эффектом является отрицательное прира­щение амплитуды напряжения U_д.

Датчик второго типа, принцип действия которого иллюстрирует рис. 1.3, работает в импульсном режиме. Передающая катушка питает­ся импульсами длительностью t_и переменного тока с частотой порядка 1 кГц (см. временную диаграмму), повторяющимися с периодом Т. Напряжение приемной катушки в интервале t_И имеет примерно прямоу­гольную форму, а по окончании этого интервала постепенно затухает (см. диаграмму 2). Полезным выходным сигналом датчика являются от­носительно короткие импульсы длительностью tс, которые получаются в результате стробирования затухающего напряжения приемной катуш­ки (см. диаграмму 3).

Характер выходных напряжений обоих вихретоковых датчиков одина­ков. Это - периодические последовательности импульсов, различающихся лишь частотой повторения. У вихретокового преобразователя частота по­вторения импульсов равна частоте, на которой работает автогенератор (обычно порядка 100 кГц), У датчика второго типа - частоте повторения импульсов, питающих передающую катушку (порядка 10 Гц).

Дифференциально-мостовой датчик

Схема датчика приведена на рис. 1.4. Две одинаковые катушки ин­дуктивности соединены последовательно и согласно. Катушки совмещают функции передающих и приемных. Совместно с остальны­ми элементами схемы они образуют последовательный колебательный контур, настраиваемый в резонанс с автогенератором металоискателя с помощью конденсатора С2.

При положительной полуволне питающего напряжения токи катушек проте­кают, соответственно, через диод D1и конденсатор С1 и через диод D2и конденсатор C3. При отрицательной полуволне через конденса­тор C1и диод D2протекает ток катушки L1, а через конденсатор C3и диод D3протекает ток ка­тушки L2.

Если индуктивности катушек, параметры диодов и емкости конденсаторов попарно одинаковы, то напряжения на конденсаторах С1 и СЗ имеют одинаковую амплитуду в обоих полупе­риодах и синфазны. Поэтому выходное напряжение датчика Uд, как раз­ность падений напряжений на конденсаторах, равно нулю.

В реальной схеме идентичности параметров одноименных элементов из-за технологических погрешностей их изготовления нет. Поэтому амплитуды полуволны напряжений на конденсаторах С1 и СЗ различны, и на них появляются постоянные составляющие противоположные по знаку. В результате выходное напряжение датчи­ка имеет не равное нулю значение, называемое остаточным напряжени­ем датчика.

При внесении в поле датчика металлического предмета возникает добавочная асимметрия индуктивностей катушек, зависящая от расстояния между катушками и предметом, его размера и массы. Обусловленное этой добавочной асимметрией изменение выходного напря­жения является полезным сигналом датчика.

Для увеличения чувствительности датчика, в устройство обработки сигнала вводится схема автоматической компенсации остаточного напряжения. При отсутствии металлического предмета в поле датчика компенсатор уменьшает выходное напряжение устройства обработки до значения меньшего порога обнаружения. При появлении металлического предмета выходное напряжение устройства обработки возрастает и превышает порог, т.е. происходит об-
наружение появившегося объекта поиска. Однако одновременно схема автоматической компенсации начинает отработку возникшего рас­согласования. Через время, зависящее от постоянной времени следя­щей системы, выходное напряжение устройства обработки будет уменьшено до подпорогового уровня.

Из сказанного следует, что: выходное напряжение дифференциаль­но-мостового датчика является постоянным напряжением, которое пред­ставляет собой алгебраическую сумму остаточного напряжения и по­лезного сигнала и может иметь положительное или отрицательное зна­чение относительно общей шины; выход датчика симметричный; вход­ной каскад устройства обработки должен выполнять операцию вычита­ния напряжений, имеющихся на конденсаторах С1 и С3.

Трансформаторный датчик.

Применяется в стационарных металлоискателях, иногда называется

индукционным.

Принцип действия датчика поясняется рис. 1.5 и 1.6. Передающая катушка L3 имеет вид прямоугольной рамки (см. рис. 1.5). На боковых сторонах рамки расположены приемные катушки L1 и L2 так, что их одноименные выводы находятся вверху. Катушки соединены параллель­но. В местах расположения приемных катушек синусоидальный переменный ток передающей катушки протекает в противоположных направлениях. Поэтому ЭДС, наведенные в приемных катушках, про-тивофазны и порождают в них ток I, показанный на эквивалентной схеме рис. 1,6.

Можно показать, что при совершенно одинаковых приемных катушках выходное напряжение датчика равно нулю. Поскольку из-за технологических погрешностей изготовления иден­тичность приемных катушек невозможна, трансформаторному датчику присуще остаточное напряжение. Выходное напряжение трансформаторного датчика - переменное. В устройстве обработки сигнала должна быть схема автомати­ческой компенсации остаточного напряжения. Металлический предмет, внесенный в электромагнитное поле дат­чика, изменяет индуктивности катушек, и на выходе датчика возникает полезный сигнал.

Сравнительная характеристика датчиков

Основное различие между рассмотренными типами датчиков связа­но с остаточным напряжением.

Металлоискатели с дифференциально-мостовыми и трансформатор­ными датчиками схемотехнически сложнее» так как должны иметь сле­дящую систему компенсации остаточного напряжения. Обнаружение ими металлического предмета принципиально возможно лишь при от­носительном перемещении поискового элемента и объекта досмотра.

Напротив, металлоискатели с вихретоковыми датчиками могут ра­ботать в обоих режимах. Схемотехнически они проще. Но в процессе эксплуатации зачастую требуются оперативные регулировки. В первую очередь это относится к простейшему металлоискателю с вихретоковым преобразователем.

Для переносных металлоискателей, по-видимому, наиболее подходя­щим является дифференциально-мостовой датчик. Во-первых, потому, что металлоискатель с этим датчиком не требует оперативных регули­ровок. Во-вторых, сформировать постоянное компенсирующее напря­жение легче, чем переменное.

Трансформаторный датчик лучше соответствует стационарным металлоискателям. В них приемные катушки расположены на значительном рас­стоянии друг от друга, и их взаимное влияние минимально. Однако сфор­мировать переменное компенсирующее напряжение сложнее, чем посто­янное. Это обусловлено сложностью подгонки фазы компенсирующего на­пряжения. Стационарные металлоискатели с электромеханической следя­щей системой (например, типа МИС) в процессе эксплуатации нуждаются в оперативной регулировке. Электронная следящая система автокомпенсации, выполненная на современной элементной базе, значительно улучшает их эксплуатационные качества.

Заключение.

Итог занятия, задание на самоподготовку.

Доцент кафедры ОАБ Вербицкий Ю. А.