Металлоискатель

Металлодетекторы — описания, отзывы и советы

Как пересчитать витки катушек и емкости под свой датчик

Все-таки накипело, решил написать короткую статью — методичку по пересчету витков. Итак, у нас есть проверенные данные «идеального» датчика, скажем, с этого сайта =) Требуется получить намоточные данные для датчика такого-же типа (это важно!), но другого размера и/или на другую частоту. Можно долго нудеть по форумам и ждать не всегда правильного ответа. Это если ты совсем не алё.. А можно посчитать самому, благо для этого нужен лишь калькулятор, который у тебя априори есть, полчаса (от силы!) времени и IQ выше нуля. Подразумевается, что считать ты умеешь и вообще начальную школу кое-как закончил =)

Для пересчета нужны исходные данные «идеального» датчика, а именно: диаметр (для круглого, для остальных форм догадаетесь самостоятельно) в сантиметрах, рабочая частота в Гц или кГц, число витков обмоток ТХ и RX в штуках. Не помешают также желаемый размер своего датчика (в сантиметрах), желаемая рабочая частота в Гц или кГц. Витки мы посчитаем, про емкости скажу потом.

Сначала вводная. Владеющих вопросом прошу не комментировать, объяснения для «чайников». Цитирую сам себя:

Если подумать, то «сила» сигнала от цели определяется его энергией, которая при неизменном облучающем поле всегда условно одинакова. Сигнал от цели, как ЭМ-волна от точечного источника (мы полагаем, что интересная цель — мелкая), распространяется примерно одинаково во все стороны. Соответственно, при одинаковом расстоянии катушки до цели (при прочих равных), определяющим параметром приемной катушки, обеспечивающим максимальный «захват» энергии отклика будет площадь приемной катушки. Чем больше площадь — тем больше энергии, «сильней» отклик. В катушке энергия поля преобразуется в ЭДС (напряжение), уровень которого зависит (при неизменной энергии) уже от числа витков. С другой стороны, слишком большое напряжение отклика нам не нужно, ведь металлодетектор очень чувствительный прибор. А при увеличении числа витков растет и наведенное внешними не нужными сигналами напряжение, которое мешает.

Вывод: для каждого типоразмера приемной катушки существует оптимальное число витков, ниже которого падает чувствительность, а выше — начинают расти шумы, но значительно медленней, чем падает чуйка при «недомоте» (потому что источники этих внешних шумов сильно дальше, чем нужный нам отклик). Поэтому, если хотите прикинуть свой датчик — берите любые проверенные данные (например мои) катушек, считайте площади и пропорционально квадратному корню из их отношения меняйте число витков, делая запас в плюс от 1 до 5 процентов (примерно) — тогда полюбому попадете вблизи оптимума. Принцип прост: чем больше площадь датчика — тем меньше витков.

Однако пересчет по площадям верен для приблизительно одинаковых частот, плюс-минус 1 килогерц условно. Если частоты сильно разные, то после пересчета по площади надо сделать поправку на частоту, взять отношение частот и извлечь из него корень 3-й степени. Полученное число будет коэффициентом, на который надо поделить полученное пересчетом по площадям число витков, по принципу: выше частота — меньше витков.

Пример пересчета витков датчика

Допустим, есть описание идеального датчика. Диаметром 28см, на 7кГц, число витков РХ — 215. А мы хотим 15см и на 15кГц.

  1. Считаем сначала площади, Sидеального = (Pi*28*28)/4 = 615кв.см. (округлили). Sнашего = 176кв. см. Находим отношение площадей, N=615/176= грубо 3,5. Извлекаем квадратный корень из отношения, получилось 1,87. Итак, если бы мы хотели наш датчик сделать примерно на ту же частоту (от 6 до 8 кГц), число витков приемной катушки (минимальное) было бы = 215*1,87 = 402. Можно взять для верности 410. Индуктивность полученной катушки должна получиться приблизительно такая же, как у эталонной. Можно считать витки через индуктивности, но полагаю, что измеритель индуктивности есть далеко не у всех.
  2. Но мы то хотели на 15 кГц, поэтому считаем еще и отношение частот, Nчастот = 15/7 = 2,14. Извлекаем корень 3й степени (возводим в степень 1/3, так легче на калькуляторе виндовом считать), получилось округленно 1,29. Частота у нас выше, поэтому витки надо убавить. Правильное минимальное число витков будет 410/1,29 = 318. Для верности берем 330 (каждому!) и наслаждаемся. Витки ТХ можно пересчитать так же, и потом посчитать емкость для нужной частоты.
  3. Контурные емкости пересчитать тоже просто. Для примерно одинаковой рабочей частоты их можно и не пересчитывать. Если частота сильно отличается, берем уже вычисленное значение корня третьей степени из отношения частот, у нас это 1,29 и возводим в квадрат. Получили 1,66, назовем это коэффициент индуктивности. Теперь берем вычисленное ранее отношение рабочих частот, у нас это 2,14 и делим на коэффициент индуктивности (это если нужная нам частота выше «идеальной». Если ниже — 2,14 надо умножить на коэффициент индуктивности), у нас это 1,66. Получается 2,14/1,66 = 1,29. Полученное число назовем коэффициентом емкости.
  4. Последний шаг: считаем емкость нашего датчика. Если частота нашего датчика должна быть выше «идеальной» — значение «идеальной» емкости делим на коэффициент емкости (если нужная частота ниже «идеальной» — соответственно, умножаем). Это как раз наш пример, пусть в «идеальном» датчике емкость RX (напомню, мы в этом примере считаем все для RX) была 47нФ, делим ее на коэффициент емкости 1,29, получили 36,5 нФ.

Все, для желаемого датчика ДД15 на частоту 15 кГц данные контура RX таковы: 330 витков провода 0,18 (любой от 0,15 до 0,22мм), емкость 33 нФ + 3600 пФ (параллельно). Для ТХ считается по аналогии.

Напоминаю, это приблизительный (но дающий хорошо повторяемые результаты) расчет на основании типовых зависимостей и правильных исходных данных. Начинать пересчет лучше все-таки с ТХ, потому как можно с помощью Квазара посмотреть полученную резонансную частоту и при необходимости внести поправки.

Для особо ленивых написал считалку в Excel, пользуйтесь! СКАЧАТЬ ФАЙЛ XLS

 

Если кто нашел ошибки — прошу написать через форму обратной связи, спасибо!



© 2015-2017. Полная или частичная перепечатка разрешена только при наличии активной гиперссылки на metallo-iskatel.ru