Новшества. Теория.
Запись опубликовал Nobody ·
985 просмотров
Нелегко найти способ объяснения того, что мы предлагаем. Ибо то, что ново в себе, будет понятно только по аналогии со старым.Фрэнсис Бэкон
Говоря о путях модернизации металлоискателей по принципу "биений" рано или поздно приходится признать очевидный факт - сами эти "биения" не есть необходимой основой для их работы. Грубо говоря, в таких схемах все можно свести к изменению частоты колебательного контура в результате изменения индуктивности катушки из-за влияния металла. Остается только это изменение зафиксировать.
Наиболее простым и естественным является связка генератор-частотомер. В таком случае структурная схема получается следующей:
Пионерами в разработке подобных устройств стали Андрей Щедрин и Юрий Колоколов с их прибором Tracker FM.
Задумка оказалась крайне простой и эффективной - использовать в качестве "опорного генератора" микроконтроллер, который бы высчитывал частоту поискового генератора и производил индикацию результата в удобном для человека виде.
Как известно, частоту сигнала проще всего узнать двумя способами: измерив количество его колебаний за фиксированную единицу времени или же измерив длительность периода его колебаний. Поскольку к металлоискателю выдвигаются достаточно строгие требования ко времени реакции на цель, да и само возмущение, вносимое целью в поисковый контур носит кратковременный характер, то становится очевидным что для такой задачи лучше всего подходит именно метод измерения периода.
Период колебаний — наименьший промежуток времени, за который осциллятор совершает одно полное колебание (то есть возвращается в то же состояние, в котором она находилась в первоначальный момент, выбранный произвольно). Википедия.
Микроконтроллер семейства AVR оказался как нельзя более подходящим для такой работы. В идеальных условиях, если частота работы контроллера = 10МГц а частота поискового генератора = 10кГц то на один период измеряемого сигнала приходится 1000 отсчетов контроллера. Измерив 100 периодов можно получить
точность в 0,1Гц, потратив на это всего 10мс времени. Соответственно, каждую секунду можно получать 100 измерений частоты. Неплохо?
Но как и было сказано выше - все это достижимо только в идеальных условиях математической абстракции. На практике самым главным и грозным врагом высокой чувствительности является нестабильность частоты поискового генератора. И зверь этот, как водится в сказках - о двух головах. Первая это нестабильность кратковременная. Вторая - нестабильность долговременная. Первая зависит от неидеальности деталей генератора и проявляет себя как хаотическое "дрожание" частоты в небольших но заметных пределах. Вторая зависит от термостабильности деталей генератора (в первую очередь конденсаторов) и проявляет себя как дрейф частоты по мере работы прибора или изменения температуры среды. Именно поэтому в классических приборах "на биениях" приходится так часто крутить ручку подстройки.
С кратковременной нестабильностью приходится бороться усреднением результатов измерения и введением "порогового уровня срабатывания".
(микроконтроллер игнорирует любое изменение частоты пока оно не превысит порог (зеленая линия на графике)
Мера эта хоть и ограничивает чувствительность, но все же является совершенно необходимой 
.
Долговременную нестабильность можно побороть двумя способами: тщательным подбором конденсаторов в колебательном контуре по группе ТКЕ или прибегая к специальным методам обработки сигнала (фильтрации).
Более подробно логику работы и методы обработки сигнала в металлоискателе по принципу частотомера мы рассмотрим в следующий раз.
До встречи! 
6 Комментариев
Рекомендуемые комментарии
Присоединяйтесь к обсуждению
Вы публикуете как гость. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.