Проект Н2О.

Это ОКР (опытно-конструкторская разработка), направленная на преодоление серьезных трудностей.

Вся система построена по мотивам Фишера 1266. Задающая часть выполнена по схеме c кварцевой стабилизацией частоты для использования с разными головками 4-8-16кГц, как у Фишера. В качестве задающего камня я использовал и пьезофильтр на 500кГц (455, 460,503) и кварц (керамика, не кварц) на 1мГц (С1= 300pF). Легко запускается, для этих целей – лучшее, что можно придумать. У задающего генератора отсутствует ефект сквозного тока, присущ схемам на КМОП из-за низкого коефициента усиления единичного инвертора. Триггер Шмидта не имеет линейного режима, поэтому все время имеет устойчивое состояние из за очень большого усиления. Коэффициент деления большой (32, 64,128, 256), зависит от выбранной частоты. Частоту можно получить точно. Применив кварц 32768, его надо измерять, потому, что они (кварцы) имеют существенный разброс (штук 20 купил – ни одного правильного, все сидят на 250 – 350 Гц выше). Хотя это не кварцы, там какой то другой материал, керамика. Коэффициент деления небольшой получится и ошибка может быть в добрую сотню герц. А лучше всего применить керамику на 1мГц, все равно задающий генератор нужен. Тогда все будет точно и прогнозируемо. Точность все таки нужна для приемного контура. Если не уделять внимания нюансам – там немножко прошиб, там чуть-чуть не так и набегают огрехи, которые в результате складываются в ошибки.. Счетчик можно любой. Джамперами J1-J2 можно выбирать рабочую частоту. Выходной каскад выполнен по схеме двойного генератора тока. Первый VT1 следит за током второго, VT3. Ток накачки зависит от резистора R8. Это позволяет избавиться от влияния питания на рабочую точку выходного каскада и форму сигнала. Достаточно высокое питание позволяет удерживать передаваемую мощность при разряде батареи питания. О токе накачки: нигде не видел, ни от кого не слышал толком, какой же должен быть режим выходного каскада, как его настроить правильно. Сам пришел к такому выводу – нет здесь резонанса напряжения. Его и не должно быть, иначе большое резонансное сопротивление контура не позволяет развить ток, а это снижает мощность (ампервитки). Контур возбуждается меандром и должен выполнять роль интегратора, поэтому настраивать его надо несколько ниже по частоте. Тогда ток индукции не успевает за фазой возбуждения и происходит интегрирование. Т.е. мы должны работать на склоне резонансного горба контура, но обязательно на заднем его склоне. Там контур начинает переходить из фазы реактивного сопротивления в активное, превращается постепенно в резистор. Владея этим параметром, можно задать любой ток накачки в контур, а форма сигнала на нем будет стремиться к треугольной. Катушка выполнена по рекомендациям г-на Костина Ивана, приемная (RX) имеет 100 витков 0.2, поэтому отдача у нее небольшая, даже можно сказать маленькая при хорошем балансе. Поэтому пришлось накрутить усиление в двух каскадах - около 800! На выходе DA2 амплитуда около1В (все амплитуды указаны в амплитудном значении). Далее сигнал поступает на фазовращатели: первый DA4,DA6, второй DA5,DA7. На DA5 происходит сдвиг на 90 градусов входного сигнала по отношению к первому фазовращателю. Сигнал с фазовращателей поступает на парафазные ключи, потом на фильтры, ФНЧ (LPF) с частотой среза 20Гц третьего порядка и ФВЧ (HPF), второго порядка с частотой среза я пока не определился. Она будет определена уже с готовой головкой. Коэфициент передачи =1. Потом на усилители и далее на анализаторы- дискриминаторы. От дискриминации на входе (традиционном) я отказался, из за грубого анализа. Т.е. в канале сигнала ничего необычного нет, все традиционно. Формирователь фаз управления синхродетекторами состоит из двух одновибраторов DD4, DD5 - 4528. Первый запускается от ведущего “синуса” через цепь R16,C13. Он формирует задержку относительно начала синхронизации на 90 градусов. Потом он запускает второй одновибратор, на выходе которого формируется скважность 2, для управления ключами. Скважность зависит от резистора R31 и C21. Автобаланс земли мне удалось реализовать таким образом: привязка к фазе осуществляется к каналу, который следит за вершиной фазы (90гр). Когда фронт синхронизации фазы детектора совпадает с вершиной синуса, на выходе детектора устанавливается напряжение равное 0. Вот за этим нулем и происходит слежение следующим образом: сигнал ошибки поступает на усилитель DА14. Нужен достаточно точный и малошумящий ОУ (низкочастотный), что-то вроде 140УД17, OPA177. Тут по деньгам надо смотреть, что лучше, вариантов много. Далее усиленный сигнал ошибки поступает на DA17, управляемый током интегратор, выполненный на двухквадрантном перемножителе СА3080. Он известен как «ОТА». Он управляется током и обрабатывает ток, не напряжение. Через входной делитель, теперь уже ток, поступает на его инверсный вход. А с выхода на интегрирующую емкость С38, которая и формирует совместно с перемножителем постоянную времени слежения в петле. DA17 перемножает входной ток и ток управления (по 5 ножке), в результате определяется ток (время) заряда C38. Напряжение (теперь уже напряжение) управляет преобразователем напряжение\ток на DA20 и транзисторе VT6, ток коллектора которого управляет постоянной времени первого одновибратора DD4, задний фронт которого стартует второй одновибратор. Вот тут петля и замыкается. Положение фазы управления синхродетекторами зависит от напряжения на выходе канала привязки, т.е. управляя фазой, мы постоянно удерживаем уровень напряжения на детекторе канала привязки =0. Когда фаза сигнала пытается «убежать», в ту или иную сторону, детектор выдает соответствующую полярность ошибки, которая направлена в другую, противоположную сторону и стремится успокоиться на отметке 0. Скорость отработки устанавливается потенциометром R61. В правом по схеме положении будет задан наименьший ток, а в левом – наибольший. Ток управления задает преобразователь DA21, VT5. Кнопкой «pin point» интегратор переводится в режим «выборки-хранения», для отключения петли в режиме точечного поиска. В результате действия этой петли слежения оператор (кладоискатель) получает возможность при движении поисковой головки над землей подавлять «кочкость» грунта. Подстраивая постоянную времени так, что бы не было ложных срабатываний от колебаний, которые могут быть вызваны в основном неоднородностью почвы, или еще каких либо возмущающих факторов, длинна волны от которых значительно больше, чем от предполагаемой цели. Т.е. установив максимальную чувствительность и делая привычные движения поисковой системой, регулятором устраняем ложные срабатывания. При отрыве датчика от земли также можно избавиться от ложного сигнала. Получается полная автоматическая адаптивная отстройка от влияния земли. А переход на удержание «pin point» осуществляется вручную, по желанию (нужде). Автоматизировать этот процесс считаю нецелесообразным, лишнее усложнение, да и ложные переключения могут быть. А так кнопочка на ручке как у пистолета и все. Постоянную времени можно при желании менять как угодно. Ограничений нет практически никаких. Лишь бы только петлевое усиление не было чрезмерным, чтобы не раскачивалась петля (перекомпенсация). Вот и весь GEB. Теперь о термокомпенсации поисковой катушки. Это очень серьезная проблема, комплексная. Решать ее надо начиная с этапа изготовления поисковой системы. Там закладываются основные принципы термостабилизации. Баланс механический никто не отменяет, он должен быть само собой, иначе никакая схема не настроится сама. Проблема заключается в том, что необходимо удержать на выходе катушки режим «правильной фазы» даже при значительном разбалансе от температуры. А он может быть значительным, например при сильном нагреве головки от солнца. Качество удержания «правильной фазы» влияет на дискриминацию, чувствительность, стабильность показаний. Поэтому подход должен быть комплексным. По конструкции вариантов множество. А вот схемотехнически не очень. Вместе с приемной и компенсационной катушками я намотал еще одну компенсационную, такую же, и использовал ее для управлением балансом фаз. Можно использовать ту же, компенсационную, что уже есть. Но тогда надо ее заземлять, т.е. будет гальваническая связь. А так, такой принцип можно применить с любой другой системой (2Д например или омега). Отдельная обмотка позволяет отвязаться от самой катушки. На ней развивается напряжение порядка 100-200мв, и если ее нагрузить резистором, да еще и переменным, то можно регулировать баланс в очень широких пределах. При изготовлении головки необходимо нагрузить эту обмоточку резистором 1,5-2ком и произвести точную технологическую балансировку. Потом заменить его на переменный и покрутить его, убедившись, что управление происходит через переворот фазы, причем желательно через 0!. Нужно стремиться добиться максимально глубокого баланса, т.е. правильной настройки головки. Это первый этап, наверное самый важный, т.к. необходимо получить правильные условия для работы схемы. Еще один важный компонент, это фазировка, от нее зависит, будет ли обратная связь отрицательной или станет положительной. Правильная фаза в этом случае, это та при которой на выходе DA4 устанавливается отрицательная полуволна в начале развертки осциллографа при внешней синхронизации от старта выходного каскада . Если наоборот, то надо менять местами концы катушки RX. В общем принцип баланса похож на баланс “земли”. Добавить пришлось еще один канал синхродетектора, что бы можно было контролировать положение фазы (+ или -). DD3 формирует 90-градусный сигнал управления ключом. Полярность на выходе R28 C20 отражает положение фазы привязки. При балансе устанавливается 0. Устанавливаем подстроечным резистором R13 нужную нам точку баланса, при котором наблюдается максимальное чувство и правильная реакция на возмущающий металл при закороченном конденсаторе С14. Контролируем напряжение на конденсаторе С20, оно должно быть =0, или составлять очень малую величину, из за неидеальности всего, что вокруг нас. Если нет, тогда надо разбираться с фазировкой. После всех разборок раскорачиваем конденсатор С14 и петля сама захватит слежение через постоянную времени R25,R22,C14. Оно выбрано достаточно большим, поэтому при включении питания срабатывает ключ, левый по схеме, и закорачивает резистор R22 на какое-то время, давая возможность петле захватить слежение, успокоиться, а потом перейти в режим медленного слежения за фазой сигнала с катушки. Диапазон изменения внутреннего сопротивления полевого тр-ра очень велик, но он включен в отрицательную обратную связь, что и компенсирует его собственный дрейф. Испытания температурой от –10 до +40 макета катушки «кольцо» (по Костину), далекого от совершенства (какой можно сделать, не выходя далеко из хрущевки) показали положение правильной фазы на выходе катушки даже при ее сильном разбалансе. Мы ведь не можем повлиять на механический разбаланс, но зато на електрический можем. И в результате система не теряла правильное соотношение фаз при дискриминации. Анализатор-дискриминатор. За основу я взял патент 6.172.504 и немного его упростил. Сигнал с выхода усилителей-смесителей DA22, DA23 поступает на компараторы DA25- DA26, которые вместе с пиковым детектором DA24 образуют схему совпадения фаз и преодоления порога установленного уровня R66. При совпадении фаз сигналов открываются ключи DD9, DD10 схемы выборки-хранения и заряжаются конденсаторы С50, С51. Как только амплитуда сигнала на входе пикового детектора начинает падать, запираются ключи выборки-хранения и запоминается уровень сигнала до поступления следующего сеанса записи, который возможен при открывании фазо-амплитудного окна. Через буферы DA30, DA31 уровень сигнала смещается для формирования управления схемой дискриминации-индикации DD11. Перемножения входных напряжений с обоих каналов происходит на входах внутренних компараторов и логарифмического делителя (шаг логарифмирования 3db). Результат перемножения отражается на линейке св. диодов, зажигается соответственно один значащий. Яркость (ток) светодиодов можно выбрать резистором R103. Смешивая или разделяя сигналы на входе смесителей DA22, DA23 резистором R56 можно устанавливать режим дискриминации. Соотношения резисторов R54, R55, R56 и фазировку каналов можно выбирать по своему усмотрению в процесе отладки системы. Точками a и b показаны места предполагаемого выбора фазировки (как кому угодно). Канал звука. Он включает в себя ГУН (VCO) и усилитель управляемый напряжением (VCA). Частота тона генератора зависит от колебания напряжения при работе в динамическом режиме (слышим отклик от цели), а режим статического поиска или (он же) сигнал GB отражается в изменении амплитуды (громкости) этого (выбранного) тона. Можно прослушивать «землю». Эти режимы конечно, только предположения. Я так себе представил возможное удобство. Может что-то изменится после изготовления опытной конструкции, это неизбежно! Далее усилитель мощности звука для динамика и телефонов. С источником питания я не «мудрствовал лукаво», пока так. Дальше видно будет. Потребляемый ток надо еще выяснить, оптимальную выходную мощность. Т.е. принципы, заложенные в схему, позволяют в процессе изготовления различных головок на уже готовом аппарате настраивать любые режимы как слежения за «землей» так и компенсации баланса головки. В этом устройстве всего три регулятора, вкл. питания и кнопка. Органов управления минимум. Не думаю, что получился сложным (особенно после того, как увидел схемку Вайтс-а 6000про, вот это - супер!). Все узлы отмакетированы, проверены в работе (полный макет). Плоды трехмесячных трудов. Великая штука –Интернет. Большое спасибо г-ну Костину за отзывы и предоставленную информацию, которая помогла правильно ориентироваться в этих вопросах, т.к. я пока еще не собрал ни одного прибора, это первый будет. Так что прошу заранее - не судить строго, отнестись с пониманием. Первый блин, как говорится . Все замечания, пожелания, критику (конструктивную) приму с благодарностью. Петрик Юрий Витальевич, январь 2004 года г. Киев ciklon@infomania.com.ua

ЯндексРеклама на ЯндексеПомощьПоказатьЗакрыть
Яндекс.Словари