Металлодетектор, борьс шумом грунта Опции

[ZOZO]

Краткое описание проблемы- в металлодетекторах , работающих по принципу передача-прием(две катушки индуктивности-одна ,излучающая на частоте 8000 герц-стабилизирована кварцем, вторая -приемная, принимает отраженный сигнал металлических предметов, вернее сказать-сигнал со сдвигом фазы.Сдвиг фазы зависит от металла-цветной или черный.Величина смещения фазы определяется с помощью фазового детектора.)
Проблема вот какая- для увеличения глубины обнаружения нужно увеличивать мощность излучения-но от мощного излучения начинает фонить грунт,он дает такой сдвиг фазы отраженного сигнала, что забивает напрочь полезный.Второй путь-более приемлемый-снизить мощность излучаемого сигнала, что бы свести к минимуму отклик грунта.Но тогда надо увеличить усиление приемного тракта-и тут уже надо бороться с шумами ОУ .Но и шум грунта при большом усилении приемного тракта проявляется-хаотическими мелкими изменениями фазы отраженного сигнала.Задача-выделить на фоне шума грунта и шумов ОУ полезного сигнала.Схема построена на КМОП логике ,операционных усилителях и ключах, применение МП исключается.
Уточнение-длительность отклика от цели-от 10 до 150 мс, уровень сигнала от цели- меньше уровня шума.
Длительность шумов-до 5мс , а также свыше 300мс. Может кто то может предложить семы фазовых дискриминаторов, интеграторов и фильтров-решающих данную проблему.

Сообщение отредактировал ZOZO - Feb 27 2008, 22:28

[Ilya_z]

В принципе существует еще одно решение, применение так называемых фокусирующих и компенсирующих катушек, находятся они между катушкой передатчика и приемника(с двух сторон передающей катушки,их может быть несколько.. ), как правило имеют число витков раз в 10 меньше основной катушки излучаещего зонда и вклчаются последовательно с ней (в фазе/противофазе), а конкретные характеристики естественно неразрывно связаны с конструкцией зонда.

[Linker]

Проблема вот какая- для увеличения глубины обнаружения нужно увеличивать мощность излучения-но от мощного излучения начинает фонить грунт,он дает такой сдвиг фазы отраженного сигнала, что забивает напрочь полезный. Второй путь-более приемлемый-снизить мощность излучаемого сигнала, что бы свести к минимуму отклик грунта.Но тогда надо увеличить усиление приемного тракта-и тут уже надо бороться с шумами ОУ .Но и шум грунта при большом усилении приемного тракта проявляется-хаотическими мелкими изменениями фазы отраженного сигнала.Задача-выделить на фоне шума грунта и шумов ОУ полезного сигнала.Схема построена на КМОП логике ,операционных усилителях и ключах, применение МП исключается.
Уточнение-длительность отклика от цели-от 10 до 150 мс, уровень сигнала от цели- меньше уровня шума.
Длительность шумов-до 5мс , а также свыше 300мс. Может кто то может предложить семы фазовых дискриминаторов, интеграторов и фильтров-решающих данную проблему.

В этой задаче "шумит" не только грунт... Не забывайте про тот же генратор. Хотя именно разность проводимостей укрывающей среды (грунта) и искомого объекта характеризует качество его обнаружения. Грунт может достаточно резко менять проводимость. И бороться с "шумом грунта" - не совсем правильно поставленная задача. Как Вы можете на это повлиять? Для улучшения разрешающей способности лучше использовать метод переходных процессов. Его суть в анализе реакции на единичное возмущение среды (грунта). Т.е подается мощный имульс тока в генераторную катушку. Потом ток выключается и анализируется отклик среды в приемной катушке. По форме кривой отклика можно судить о проводимости вмещающей среды, проводимости включений, их величине и глубине залегения. Однако в Вашем случае полезная информация будет лежать в первых десятках микросекунд и в большом динамическом диапазоне амплитуд. Поэтому реализация такого устройства не так уже проста.

[ZOZO]

В этой задаче "шумит" не только грунт... Не забывайте про тот же генратор. Хотя именно разность проводимостей укрывающей среды (грунта) и искомого объекта характеризует качество его обнаружения. Грунт может достаточно резко менять проводимость. И бороться с "шумом грунта" - не совсем правильно поставленная задача. Как Вы можете на это повлиять? Для улучшения разрешающей способности лучше использовать метод переходных процессов. Его суть в анализе реакции на единичное возмущение среды (грунта). Т.е подается мощный имульс тока в генераторную катушку. Потом ток выключается и анализируется отклик среды в приемной катушке. По форме кривой отклика можно судить о проводимости вмещающей среды, проводимости включений, их величине и глубине залегения. Однако в Вашем случае полезная информация будет лежать в первых десятках микросекунд и в большом динамическом диапазоне амплитуд. Поэтому реализация такого устройства не так уже проста.

Ясно. т.е. вы предлагаете направить усилия на импульсный металлодетектор-но насколько я знаю , там большая проблема с определением вида металла-толи цветной-то ли черный

[zzzzzzzz]

В этой задаче "шумит" не только грунт... Не забывайте про тот же генратор. Хотя именно разность проводимостей укрывающей среды (грунта) и искомого объекта характеризует качество его обнаружения. Грунт может достаточно резко менять проводимость. И бороться с "шумом грунта" - не совсем правильно поставленная задача. Как Вы можете на это повлиять? Для улучшения разрешающей способности лучше использовать метод переходных процессов. Его суть в анализе реакции на единичное возмущение среды (грунта). Т.е подается мощный имульс тока в генераторную катушку. Потом ток выключается и анализируется отклик среды в приемной катушке. По форме кривой отклика можно судить о проводимости вмещающей среды, проводимости включений, их величине и глубине залегения. Однако в Вашем случае полезная информация будет лежать в первых десятках микросекунд и в большом динамическом диапазоне амплитуд. Поэтому реализация такого устройства не так уже проста.

Да, то есть самые лучшие "представители" металлоискателей проводят Фурье-анализ сигнала отклика. При этом, повышаются требования к чистоте сигнала генератора, естественно. Но, это решаемо. По анализу гармоник информация цветной - черный вытаскивается куда как информативнее, чем по уходу фазы. Вопрос в алгоритме. При этом, появляется возможность определять даже то, что есть и цветной, и чёрный одновременно, что порой невозможно для классических схем. Однако, такая разработка - значительный труд, это нужно оценить до, а не в процессе. Возможно, дешевле купить готовый, даже если это кажется дорого.
Почему 8КГц? Когда-то проводил подобную "лабу". У меня получалась оптимальная частота около 800-900 Гц. На такой частоте дискриминация цветной -чёрный была максимальной чувствительности. Но, это для "линейной" схемы, описанной Вами. С цифровой обработкой частота не так важна, важен фронт-спад импульса. И без хорошего АЦП и МК тут не обойтись.

[Okorok]

Краткое описание проблемы- в металлодетекторах , работающих по принципу передача-прием(две катушки индуктивности-одна ,излучающая на частоте 8000 герц
<...>Уточнение-длительность отклика от цели-от 10 до 150 мс, уровень сигнала от цели- меньше уровня шума.
Длительность шумов-до 5мс , а также свыше 300мс.<...>

Ясно. т.е. вы предлагаете направить усилия на импульсный металлодетектор-но насколько я знаю , там большая проблема с определением вида металла-толи цветной-то ли черный

Да, то есть самые лучшие "представители" металлоискателей проводят Фурье-анализ сигнала отклика. При этом, повышаются требования к чистоте сигнала генератора, естественно. Но, это решаемо. По анализу гармоник информация цветной - черный вытаскивается куда как информативнее, чем по уходу фазы. Вопрос в алгоритме. При этом, появляется возможность определять даже то, что есть и цветной, и чёрный одновременно, что порой невозможно для классических схем. Однако, такая разработка - значительный труд, это нужно оценить до, а не в процессе. Возможно, дешевле купить готовый, даже если это кажется дорого.
Почему 8КГц? Когда-то проводил подобную "лабу". У меня получалась оптимальная частота около 800-900 Гц. На такой частоте дискриминация цветной -чёрный была максимальной чувствительности. Но, это для "линейной" схемы, описанной Вами. С цифровой обработкой частота не так важна, важен фронт-спад импульса. И без хорошего АЦП и МК тут не обойтись.

Среди "лучших представителей" металлодетекторов есть приборы и с импульсным, и с гармоническим принципом возбуждения.
Импульсные приборы проводят не Фурье-анализ, а интегрирование во временном окне (или в нескольких окнах).
Что-то вроде Фурье-анализа делают многочастотные приборы. Реализации есть разные: с наложением сигналов разных частот или с чередованием частот во времени.
Для "сортировки" обнаруженного металла лучше подходят именно многочастотные - например, кладоискательские Minelab.

Сравнения различных металлодетекторов проводились не раз, информация об этом не секретная и не коммерческая. Отчеты можно почитать, например, здесь, в частности, следующие отчеты:
http://www.itep.ws/pdf/adp_detector_final_...ecember2000.pdf
http://www.itep.ws/pdf/Interim_Final_Moz16...b_optimized.pdf
http://www.itep.ws/pdf/STEMD+OtherTrialsJRCNov2006.pdf

Рекомендую просмотреть названия ведущих производителей металлодетекторов, может, где-нибудь проскользнет полезная информация об их реализации (например, в их патентах).

Поддерживаю мнение zzzzzzzz: может оказаться дешевле купить, чем сделать самому.

[Linker]

Поддерживаю мнение zzzzzzzz: может оказаться дешевле купить, чем сделать самому.

Тем более, что имеется достаточный выбор. У нас в Н-ске, например их продают в оружейных (охотничьих) магазинах и в охранных фирмах.

[zzzzzzzz]

Среди "лучших представителей" металлодетекторов есть приборы и с импульсным, и с гармоническим принципом возбуждения.
Импульсные приборы проводят не Фурье-анализ, а интегрирование во временном окне (или в нескольких окнах).
Что-то вроде Фурье-анализа делают многочастотные приборы. Реализации есть разные: с наложением сигналов разных частот или с чередованием частот во времени.

ну, спорить не буду, так как сам в руках такой не держал. Однако, читал когда-то, что самые продвинутые устроены так:
-дается мошный импульс ЭМ поля.
-по этому сигналу (с крутым фронтом и спадом и подавленными выбросами) пишется в память сигнал отклика, нормированный по амплитуде, с высоким разрешением, типа 14-16 разрядов АЦП.
- проводится Фурье-анализ отклика по большому числу гармоник (если не ошибаюсь, 16)
- на основе мат. алгоритмов из этой процедуры получают всё интересующее.

Не знаю, продаются ли где-нибудь такие сейчас, или это был прототип пока.
Ясно одно, - для математики этого прибора придётся попотеть и провести массу разнообразных измерений, как лабораторных, так и натурных. Кто-то этим занимается.

А еще есть UWB - радиолокация. Но, это еще покруче будет....

А разрабатывать что-либо сейчас нужно только в трёх случаях:
- когда этого просто нет или стоит слишком дорого;
- когда планируется продать разработку или производить самостоятельно;
- когда это - учебный процесс или хобби такое....
Успехов!.

[Linker]

ну, спорить не буду, так как сам в руках такой не держал. Однако, читал когда-то, что самые продвинутые устроены так:
-дается мошный импульс ЭМ поля.
-по этому сигналу (с крутым фронтом и спадом и подавленными выбросами) пишется в память сигнал отклика, нормированный по амплитуде, с высоким разрешением, типа 14-16 разрядов АЦП.
- проводится Фурье-анализ отклика по большому числу гармоник (если не ошибаюсь, 16)
- на основе мат. алгоритмов из этой процедуры получают всё интересующее.

Крутой фронт не обязателен, а вот спад - непременно должен быть крутым.
Фурье-анализ отклика в этом случае позволяет выявить наличие гармонических помех. Однако анализ полученного отклика сводится к другим методикам. Ведь в данном случае мы имеем дело не с периодическим, а с нестационарным случайным сигналом в пределах одной реализации. И задача - не различить сигнал на фоне шума, а скорее его описать и классифицировать.

Сообщение отредактировал Linker - Mar 2 2008, 16:38

[zzzzzzzz]

Крутой фронт не обязателен, а вот спад - непременно должен быть крутым.
Фурье-анализ отклика в этом случае позволяет выявить наличие гармонических помех. Однако анализ полученного отклика сводится к другим методикам. Ведь в данном случае мы имеем дело не с периодическим, а с нестационарным случайным сигналом в пределах одной реализации. И задача - не различить сигнал на фоне шума, а скорее его описать и классифицировать.

Если бы я делал эту разработку, то обязательно бы занялся динамикой изменения отклика по времени (много откликов), не успокоился бы на единичном анализе. :-) Получается охрененный цифровой поток. И возможность графического отображения исследуемой зоны. Или даже, объёмного отображения.
А в принципе да, описать и классифицировать. Что-то вроде одного из множества моментов - " гармоника №12 увеличилась по амплитуде на 5%, и сдвинулась на х по времени в плюс, а все остальные не изменились", - следовательно, это "склад золотых пиастров, 5 тонн, на глубине х метров" :-)

[Linker]

Если бы я делал эту разработку, то обязательно бы занялся динамикой изменения отклика по времени (много откликов), не успокоился бы на единичном анализе. :-) Получается охрененный цифровой поток. И возможность графического отображения исследуемой зоны. Или даже, объёмного отображения.

Так и делается в приборах инженерного зондирования. Картинку и смотрят. Потом выводы "о наличии пиастров" и делают . Типа промоин на взлетных полосах, потерянных кабелей, трубопроводов и др.

[Okorok]

ну, спорить не буду, так как сам в руках такой не держал. Однако, читал когда-то, что самые продвинутые устроены так:
-дается мошный импульс ЭМ поля.
-по этому сигналу (с крутым фронтом и спадом и подавленными выбросами) пишется в память сигнал отклика, нормированный по амплитуде, с высоким разрешением, типа 14-16 разрядов АЦП.
- проводится Фурье-анализ отклика по большому числу гармоник (если не ошибаюсь, 16)
- на основе мат. алгоритмов из этой процедуры получают всё интересующее.

Не знаю, продаются ли где-нибудь такие сейчас, или это был прототип пока.
Ясно одно, - для математики этого прибора придётся попотеть и провести массу разнообразных измерений, как лабораторных, так и натурных. Кто-то этим занимается.

Думаю, что речь шла о прототипе.
Я действительно "держал в руках" подобные приборы, несколько разных. Из личного опыта:
1) Хороший (это был действительно хороший) прибор с гармоническим возбуждением обладает лУчшей абсолютной чувствительностью, чем импульсные. Для достаточной (конкурентоспособной) чувствительности импульсные приборы вынуждены применять усреднение/накопление по импульсам и (уже на выделенном полезном сигнале) ФВЧ с частотой среза около 1 Гц - не всегда удобно на практике.
2) Хороший импульсный прибор лучше справляется с компенсацией сигнала от грунта. Как именно - не могу сказать, производители молчат как партизаны.
3) Даже хороший импульсный прибор батарейки/аккумуляторы жрал в 2 раза быстрее гармонического, а есть еще импульсные "похуже".
4) Возможно, самое интересное:
Динамический диапазон входного сигнала хорошего гармонического прибора превышает 16 бит (на сколько - не знаю). Т.е. нужен или высокоразрешающий АЦП, или АЦП попроще, но с переключением диапазонов.

А еще есть UWB - радиолокация. Но, это еще покруче будет....

Мне методы радиолокации для металлодетекторов знакомы только для микроволновых частот, но такие приборы ощутимо дороже.
Вам известны примеры применения UWB-радиолокации для металлодетекторов?

[zzzzzzzz]

Вам известны примеры применения UWB-радиолокации для металлодетекторов?

Были сообщения в СМИ, и только. Искать, пардон, лень.
Широко стало известно про это после заявлений по ящику о локаторе, "просматривающем сквозь стены". Но, это на уровне ОБС. Я его не видел, к сожалению. Но, знаю, что это реально.
А вообще, эта тематика довольно закрыта сейчас из-за очень сильного коммерческого и военного прогноза. И это правильно. ЗигБи, например, - лишь самое простое по этой тематике. Готовятся совершенно фантастические штуковины.

[Okorok]

Были сообщения в СМИ, и только. Искать, пардон, лень.
Широко стало известно про это после заявлений по ящику о локаторе, "просматривающем сквозь стены". Но, это на уровне ОБС. Я его не видел, к сожалению. Но, знаю, что это реально.
А вообще, эта тематика довольно закрыта сейчас из-за очень сильного коммерческого и военного прогноза. И это правильно. ЗигБи, например, - лишь самое простое по этой тематике. Готовятся совершенно фантастические штуковины.

Тогда все в порядке, я ничего не упустил. Значит, речь идет о более высоких частотах, чем у индуктивных детекторов.
В этом направлении действительно много работают, но - предостережение: есть много шарлатанства и конъюнктурщины, как с "нанотехнологиями" . Физические законы никто не отменял.
Простите за бездоказательность.

[ZOZO]

[quote name='zzzzzzzz' date='Mar 2 2008, 16:17' post='373082']

Почему 8КГц? Когда-то проводил подобную "лабу". У меня получалась оптимальная частота около 800-900 Гц. На такой частоте дискриминация цветной -чёрный была максимальной чувствительности.

Пожайлуста об этом поподробней.А то бывалые утверждают что с понижением частоты растет глубина обнаружения , уменьшается влияние грунта- но падает дискриминация.и на оборот.

[zzzzzzzz]

Тогда все в порядке, я ничего не упустил. Значит, речь идет о более высоких частотах, чем у индуктивных детекторов.
В этом направлении действительно много работают, но - предостережение: есть много шарлатанства и конъюнктурщины, как с "нанотехнологиями" . Физические законы никто не отменял.
Простите за бездоказательность.

Предостережение? Мне? Смешно. :-) Я, вообще-то, "разговариваю" на Spice и Spectre. Они мне только правду говорят.....
Там не частоты, а одиночные импульсы и задержки.

Пожайлуста об этом поподробней.А то бывалые утверждают что с понижением частоты растет глубина обнаружения , уменьшается влияние грунта- но падает дискриминация.и на оборот.

ответил в ПМ.