Для создания зондирующего поля используются разнообразные плоские катушки и рамки. С помощью специальной геометрии их расположения и включения в электронные устройства добиваются определенных характеристик направленности, чувствительности и избирательности.

Например, металлоискатели, используемые в охранных системах для обнаружения оружия или специальных закладок в продаваемых товарах (книгах), которые можно встретить теперь буквально на каждом шагу на входах залов, офисов, магазинов и т. п., имеют три рамки.

Рамки располагают в плоскостях параллельно друг другу: две крайних симметрично относительно средней (центральной). Средняя рамка служит «передатчиком», а симметрично расположенные крайние — «приемниками». На среднюю рамку подается зондирующий сигнал, а с крайних, включенных в противофазе, снимается сигнал реакции системы на свойства среды внутри нее. В дежурном режиме отклик системы равен нулю. Появление проводящих предметов между одной из крайних рамок и центральной приводит к «разбалансу» сигналов, принимаемых крайними рамками, и формирует результирующий сигнал тревоги.

Система, реагирующая на хищение товаров, настраивается на избирательное обнаружение специальных закладок в виде малогабаритных планарных ВЧ-контуров, проволоках Виганда с особыми магнитными свойствами и т. п. Эти закладки «прожигают» или размагничивают при покупке товара в кассах.

В работе подобных систем подчас встречаются печально-курьезные сбои, связанные с их реакцией на внутренние металлические протезы.

Рассмотренная система проходных катушек помимо использования в охранных устройствах используется также в «вихретоковых» методах так называемого «неразрушающего контроля» на различных производствах.

Например, для обнаружения случайного попадания посторонних металлов в продукты питания их транспортируют вдоль оси системы перпендикулярно плоскостям катушек (подобную конфигурацию типа широкого дверного проема используют и в охранных системах).

Однако часто контролируемая среда имеет доступ только с одной стороны. В подобных случаях используют компланарные, т. е. располагаемыми в одной плоскости, катушки (типа «блина» в миноискателе) или специальные накладные датчики типа магнитофонных головок, рабочее поле которых проникает в контролируемый объект.

Здесь надо иметь в виду, что напряженность поля очень быстро уменьшается с расстоянием, и это является основным фактором, ограничивающим чувствительность систем обнаружения.

В рассматриваемом ниже простейшем металлоискателе используются две катушки, расположенные на плоском ферритовом стержне.

Металлоискатель Мастер КИТ NK293

Принципиальная схема устройства показана на рис. 128, а.

В виртуальной модели металлоискателя, представленной на рис. 128, б, ограничимся той частью, которая формирует полезный сигнал. Позиционные обозначения компонентов исходной схемы и их параметры в этой модели в основном сохранены.

В отличие от полной принципиальной схемы реального устройства здесь вместо катушек L1 и L2 введен трансформатор L1/L2 с выводом от средней точки вторичной обмотки, которая заземляется. Исходное изображение схемного компонента повернуто вокруг вертикальной оси, так что первичной обмоткой служит та, которая на рис. 128, а обозначена как L2.

Рис. 128. Металлоискатель Мастер КИТ NK293:

а — принципиальная схема; б — виртуальная модель в EWB; в — установки трансформатора; г — осциллограммы сигналов; д — общий вид

Принятые параметры трансформатора показаны на рис. 128, в. Кроме этого добавлен переменный резистор [X] и осциллоскоп.

Конденсатор С2 и обмотка L2 образуют колебательный контур автогенератора, выполненного на транзисторе VT3. Положительная обратная связь, обуславливающая самовозбуждение колебаний, образуется обмоткой L1 и конденсатором С1. Выход генератора связан с системой индикации в точке А. В исходной схеме (рис. 128, а) это база транзистора Т1.

В отсутствие колебаний напряжение в точке А равно нулю.

Уменьшая величину [R] в модели (или соответственно TR в исходной схеме), можно при прочих равных условиях добиться возникновения автоколебаний в системе. Появление проводящего тела в переменном магнитном поле этой системы приводит к возникновению в нем вихревых токов, что можно представить в модели третьей катушкой, имеющей магнитную связь между двумя первыми. Таким образом, в модели верхняя половина L1 играет роль исходной катушки, а нижняя — наведенной за счет электромагнитной индукции в металлическом теле. Регулировка «наличия металла» в модели производится резистором [XJ. Фазировка всех катушек выбрана так, что при «отсутствии металла» — [Х] = 0 и напряжение в точке А также равно нулю.