Индукционный метод обнаружения металлических обьектов

Индукционный метод широко используется для обнаружения рукотворных объектов, выполненных из металла или имеющих отдельные металлические элементы в своей конструкции. Причем металл может быть как ферромагнитным, так и диамагнитным.

Индукционный метод обнаружения проводящих металлических тел основан на регистрации вторичных полей вихревых токов, возникающих в этих телах под воздействием первичного низкочастотного магнитного поля. Первичное магнитное поле создается с помощью катушек, питаемых переменным током. Вихревые токи зависят от силы тока возбуждающей (генераторной) катушки, его частоты и конфигурации проводящего тела (объекта поиска). Наиболее простым для теоретического анализа является сплошное проводящее тело сферической формы. Однако общие закономерности будут верны для проводящих тел любой формы.

Вихревые токи в шаре циркулируют по окружности, расположенным в плоскости перпендикулярным к направлению первичного магнитного поля и имеющих центры на оси симметрии, совпадающей с направлением первичного поля.

Глубина проникновения вихревых токов в проводящее тело определяется выражением:

где w - круговая частота, 1/с;

s_a- удельная проводимость металла, См/м;

m_a, - абсолютная магнитная проницаемость металла, Гн/м; (для

Из таблицы следует, что при частоте первичного магнитного поля более 1 кГц вторичное поле формируется только в тонком поверхностном слое, а не в толще металла. Поэтому при использовании индукционного м«тода глубина обнаружения тонкостенных металлических объектов практически такая же, как и сплошных при одинаковых размерах и форме. Причем в индукционных поисковых приборах используются, как правило, рабочие частоты в диапазоне 1 - 1МГц. Это объясняется тем, что на частотах ниже 1 Kгц возрастают внешние электромагнитные помехи (промышленные, атмосферные и др.), а также масса и габариты поискового элемента, а на частотах более 1 Mгц - резко усиливается мешающее влияние укрывающей среды (грунта, воды) на процесс ведения поиска.

Вторичное магнитное поле от сплошного проводящего шара, обусловленное вихревыми токами, описывается выражениями:

B_z=-B_z0cosq½D½/h³

где В_z0 - первичное магнитное поле в месте расположения проводящего шара;

r, Q - сферические координаты точки, для которой определяется поле;

h = r/a- расстояние от точки наблюдения до центра шара, выраженное в радиусах шара а;

½D½ - коэффициент, зависящий от частоты поля, проводимости, магнитной проницаемости шара и его размеров (для металлических тел при а >> 5...10 см и F>> 1...2 кГц можно принять ½D½ = 1).

Из выражений видно, что величина вторичного магнитного поля обратно пропорциональна кубу расстояния между объектом поиска (шаром) и точкой наблюдения (приемной катушкой). Так как величина первичного магнитного поля, в свою очередь, также обратно пропорциональна кубу расстояния от генераторной катушки, от отсюда следует, что величина принимаемого сигнала обратно пропорциональна шестой степени расстояния между индукционной поисковой системой (ПС) и объектом поиска - то есть индукционная ПС является близкодействующей. Практически, дальность действия переносных индукционных ПС соизмерима с их собственными размерами, то есть составляет десятые доли... единицы метров.

Следует отметить, что при одинаковых массогабаритных показателях дальность действия переносных магнитных градиентометров примерно в 1,5...2 раза выше, чем у индукционных металлоискателей. Во многом это объясняется тем, что в первом случае в качестве первичного (зондирующего) поля используется постоянное магнитное поле Земли, имеющее весьма большую напряженность (около 40 А/м). Создание же низкочастотного магнитного поля такой напряженности с использованием небольшой генераторной катушки на расстоянии от нее более 2...3 ~ весьма затруднительно. Мощность в генераторной катушке при этом должна составлять десятки...сотни Вт, что для переносного прибора с автономным источником питания слишком много.

Однако, как уже отмечалось, с помощью индукционных ПС, в отличие от магнитометрических, возможно обнаружение любых металлических объектов, а не только ферромагнитных. Причем на практике, предельная дальность обнаружения при этом ферромагнитных локальных объектов (из стали, чугуна) всего на 10...20"/!, больше, чем диамагнитных (из дюралюминия, золота, серебра, латуни и т.п.).

Прием слабых вторичных сигналов в индукционных ПС должен осуществляться на фоне мешающего воздействия весьма сильного первичного сигнала (так называемого сигнала прямого прохождения). Селекция полезного сигнала, фактически сводящаяся к компенсации первичного сигнала, может быть:

° частотной (в автогенераторных металлоискателях);

° электрической - за счет подведения ко входу приемника

специального компенсирующего сигнала;

° временной, при импульсном режиме работы - путем периодического подключения приемной катушки ко входу приемника только во время отсутствия первичного поля;

° пространственной, за счет оптимального расположения в пространстве генераторных и приемных катушек, обеспечивающих минимальную индуктивную связь между ними.

Исторически, переносные автогенераторные металлоискатели были первыми, среди индукционных искателей, созданными еще в 20-х годах ХХ векадля поиска металлических противотанковых мин. Это объясняется, прежде всего, простотой их технической реализации. Рабочие частоты этих металлоискателей лежат в пределах 100 кГU...1MIи-

В автогенераторных металлоискателях используется эффект изменения интенсивности поисковой катушки при приближении ее к металлическому контуру поиска. Физически этот эффект обусловлен наличием вторичного магнитного поля. Изменение индуктивности ведет, в свою очередь, к изменению частоты автогенератора, что регистрируется с применением двух возможных технических решений:

° использованием дополнительного генератора стабильной опорной частоты ("метод биений"):

° использование узкополосного кварцевого фильтра в качестве частотного детектора.

В первом случае частота опорного генератора берется на несколько десятков Гepц о личной от частоты поискового генератора. Сигналы от обоих генераторов подаются на смеситель, после которого с использованием фильтра низких частот выделяется разностная частота (десятки Герц). Этот низкочастотный сигнал подается на головные телефоны, Оператор фиксирует металлический объект по изменению частоты тона биений в наушниках.

Переносные рентгеновские установки применяются для просвечивания предметов, назначения которых не удается выявить без их разборки, прежде всего тогда, когда разборка невозможна без разрушения найденного предмета.

Эндоскопы – гибкие световые насадки, снабженные объективами и системой управления (поворот объектива относительно оси гибкого шнура-световода), которые могут дополняться системой подсветки для осмотра и фотографирования темных помещений и полостей (например бензобак автомобиля).