Файл: С.М. Простов Изучение конструкции и исследование характеристик индукционного датчика геоконтроля.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.05.2024
Просмотров: 45
Скачиваний: 0
7
ся на включенные последовательно встречно генераторную ГК и компенсационную КК катушки. Суммарное переменнoe магнитное поле Ф1 катушек ГК и КК зондирует исследуемый участок массива, прилегающий к датчику. Вихревые токи, индуцируют вторичное магнитное поле, поток которого Ф2 улавливается приемной катушкой ПК. Полезный сигнал Е, наводимый в приемной катушке, поступает на усилитель У. Усиленный импульс сигнала Еу поступает на вход фазового детектора ФД, где он выпрямляется в фазе с напряжением синхронизации Uсин. Продетектированный и отфильтрованный сигнал Еа′ представляет со-
бой постоянное напряжение. После усиления по току на выходе повторителя ВП формируется выходной сигнал индукционного датчика Еа, который является функцией эффективного удельного электросопротивления ρ исследуемой среды, и по соединительному кабелю передается на устройство индикации УИ.
Блочная электрическая схема резонансно-индукционного импульсного датчика (рис. 4) включает следующие основные блоки: блок катушек Б1; стабилизированный блок питающих напряжений Б2; генераторный тракт Б3; измерительный тракт Б4; блок аккумуляторов Б5.
1 |
|
ген.кат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L 1.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
ком.кат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L 1.2 |
Б1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
пр.кат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L 1.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
4 |
|
общий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 синхр.1
2 синхр.2
3 ком.кат
4 ген.кат
5 +9 В
6 общий
1 общий
2 +9 В
3
4+13 В
5общий
Б3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X4.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
выход + 1 |
|
|
|
|
1 |
выход + |
|
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
выход - |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
выход - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Б4 |
синхр.1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X5.1 |
|
синхр.2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
пр.кат |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
общий |
Б5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
+9 В |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
+13 В |
|||||
Б2 |
общий |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4. Блочная электрическая схема резонансно-индукционного импульсного датчика
8
Блок катушек Б1 содержит генераторную L1.1, компенсационную L1.2 и приемную L1.3 катушки, причем первые две из них соединены последовательно встречно.
Генераторный тракт Б3 (рис. 5) выполнен на интегральных микросхемах. На элементах Д1.1-2, R1-R2, С1 собран задающий генератор с длительностью импульсов 0,4 мс, на элементах D1.3-1.4, С2, С3 – симметричный мультивибратор с рабочей частотой f = 50 кГц, на транзисторах V4-V6 – усилитель мощности.
8 D1.3
9 & 10
|
R1 |
R2 |
|
V1 |
C2 |
||
|
C1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
D1.1 |
5 |
D1.2 |
V2 |
12 D1.4 C3 |
||
& 3 |
|
& 4 |
|||||
2 |
6 |
|
|
13 |
& 11 |
||
V3
|
|
|
|
|
Cр* |
|
||||||
V4 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 |
Синхр.1 |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Синхр.2 |
||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 Ком.кат. |
||
|
|
|
|
|
||||||||
V5 |
|
|
|
|
|
|
|
4 Ген.кат. |
||||
|
|
|||||||||||
5 |
+ 9 В |
|||||||||||
|
|
|
||||||||||
V6 |
|
|
|
|
6 |
Общий |
||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5. Принципиальная электрическая схема генераторного тракта
Схема измерительного тракта разработана на интегральных микросхемах серии К548УН1, которые представляют собой двухканальные малошумящие операционные усилители для предварительного усиления сигналов частотой до 1 МГц для использования в измерительной аппаратуре (анализаторы спектра, измерители нелинейных искажений, широкополосные усилители). Микросхема имеет встроенный стабилизатор напряжения, внутреннюю частотную коррекцию, защиту от короткого замыкания.
Схема измерительного тракта на рис. 6 включает в себя усилитель напряжения, выполненный на операционных усилителях А1, А2, причем в усилителе применена глубокая отрицательная обратная связь, а выходные транзисторы V1, V2 не имеют начального смещения, что обеспечивает отсутствие искажения сигнала и минимальный уровень шумов.
9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R11-12 |
||||
Выход- 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
C7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Выход+ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V1,2 R9-10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
C10 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
C1 |
|
А1 |
|
|
C5 |
|
А2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Синхр.1 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C9 |
|
|
2 |
5 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Синхр.2 4 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пр.кат.1 5 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
+ 9 В |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А3 |
|
1 |
|
4 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Общий |
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R13 |
|
|
|
R14 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
R2 |
|
R3*R4 |
|
|
|
|
|
|
R5 |
|
R6 |
|
|
|
|
|
|
R8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
C2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C6 |
|
|
|
|
|
C8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6. Принципиальная электрическая схема измерительного тракта Б4
Основой конструкции индукционного датчика (рис. 7) является корпус с проточками и хвостовиком 5, соединительный кабель с вилкой 9. В проточки корпуса помещены главные катушки 3, 8, залитые слоем термореактивного компаунда 2. Внутрь корпуса помещены блок аккумуляторов 4 и плата электронных схем 6 питающего блока Б2, генераторного Б3 и приемного Б4 трактов, соединяемые электрически внутренним разъемом.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
6 |
1 |
|
4 |
М |
|
675 |
Рис. 7. Конструкция индукционного датчика:
1 – винты крепления блока аккумуляторов; 2 – слой термореактивного компаунда; 3 – катушка приемная; 4 – блок аккумуляторов; 5 – корпус с проточками и хвостовиком; 6 – плата электронной схемы; 7 – пробка; 8 – катушка генераторная; 9 – внешний разъем
Винтами 1 все элементы датчика соединяются в жесткую конструкцию. Датчик полностью автономен и влагоизолирован, органом
10
управления является выключатель питания на блоке аккумуляторов 4. Полезный сигнал через внешний разъем 9 подается на измерительное устройство, в качестве которого можно использовать любой вольтметр постоянного тока.
Настройку датчика осуществляют грубо в процессе его сборки перемещением компенсационной катушки КК на корпусе 5, а точную подстройку при эксплуатации датчика – резистором электронной схемы R13 (рис. 6), доступ к которому обеспечивается через пробку 7.
Блок аккумуляторов Б5 может быть выполнен в искробезопасном и обычном исполнении. Он представляет собой единый моноблок из 12 аккумуляторов типа Д-0,25 с выключателем питания, соединяемый со схемой датчика разъемом.
Основные технические характеристики резонансно-импульсного
индукционного датчика. |
|
|
Рабочая частота, кГц |
50±5 |
|
Расстояние между главными катушками зонда, м |
0,5 |
|
ЭДС сигнала прямого поля, мВ |
1000 |
|
Точность компенсации ЭДС прямого поля, % |
0,05 |
|
Модуль коэффициента передачи усилителя измерительного |
100 |
|
тракта, дБ |
|
|
|
|
|
Диапазон изменения выходных напряжений, мВ |
20-800 |
|
Выходное сопротивление датчика, кОм |
10 |
|
Действующее значение силы тока генераторной катушки, мА |
10 |
|
Напряжение питания, В |
11-15 |
|
Время непрерывной работы без подзаряда, ч, не менее |
20 |
|
Исполнение |
пыле-, влагозащищенное |
|
Габариты, мм: |
диаметр |
50 |
|
длина |
700 |
Длина соединительного кабеля, м |
10 |
|
Масса, кг, не более |
2,5 |
|
Лабораторные испытания индукционного датчика проводятся на установке, схема которой представлена на рис. 8. Основой установки является система разомкнутых проволочных колец 1, в разрывы которых включают перемычки для их последовательного соединения или магазин электросопротивлений 4.