Принцип работы импульсного металлоискателя: Импульсные металлоискатели характеристики, принцип работы, достоинства и недоста

Содержание

Импульсные металлоискатели характеристики, принцип работы, достоинства и недоста

Импульсные металлоискатели получили свое название от принципа своей работы: сначала он излучает импульс сигнала, потом молчит и принимает на ту же катушку сигнал от металлической цели, потом опять излучает импульс и т.д.

Еще импульсные металлоискатели называют аналоговыми. Это связано с тем, что они ничего не обрабатывают, у них нет никаких встроенных программ для обработки сигнала, а сразу посылают сигнал от цели на динамик оператору.
Они не имеют процессора в отличии от многих современных металлоискателей с экраном, выдающих на дисплей число VDI.

Но не всякий аналоговый металлоискатель является импульсным. Прибор может работать и на других технологиях и быть аналоговым. Ниже представлен дисплей типичного представителя аналоговых металлоискателей - Golden Mask 4WD PRO.

Достоинства и недостатки импульсных (аналоговых) металлоискателей.

Достоинства:

  • быстрый отклик от цели
  • высокая глубина поиска
  • эффективная работа на тяжелых грунтах
    • хорошая работа на высоко минерализованных почвах
    • хорошая работа на соленых почвах

Недостатки:
  • им сложно работать в условиях сильной замусоренности металлическими предметами
  • сильно подвержены влиянию электромагнитных помех

Однако технологии не стоят на месте. И процессорные металлоискатели преодолевают свои недостатки и импульсные миноискатели нейтрализуют свои недостатки.

Так цифровые металлоискатели увеличивают глубину поиска, могут работать на тяжелых грунтах.

А аналоговые миноискатели становятся в состоянии работать в условиях большого количества металлического мусора.

Тем не менее, по большому счету наши утверждения о достоинствах и недостатках аналоговых металлоискателей остаются верны.

Справедливо мнение, что импульсные металлоискатели хороши на месте старых поселений, в сельской местности, на пляжах, но не в городских условиях.

Принцип работы импульсного металлоискателя

Импульсный металлоискатель имеет катушку с одной намоткой проволоки. Эта намотка и принимает и излучает сигнал.
Сначала металлоискатель излучает сигнал, потом молчит и принимает наведенный сигнал от цели. (Как Вы , наверно, знаете электромагнитный импульс наводит электромагнитный сигнал в металлическом предмете, а при движении электромагнитного поля в проводнике возникает электрический ток и обратный импульс).

Такие металлоискатели называют еще - PI -детекторами.

Классический пример такого прибора - это импульсный глубинный металлоискатель Deep Hunter PRO-3 фирмы Golden Mask.

Но вернемся к теме статьие - "Импульсные металлоискатели - принцип работы".

Сигнал полученный от цели имеет изменение скорости затухания по сравнению с исходным сигналом. На этом основании и делается вывод, что под катушкой находится цель.

На схеме внизу показана эта картина в точке - 10 (в ней находится цель). Видно изменение скорости затухания.

Получаемый сигнал от цели увеличивается по мере приближения к ней катушки. Соответственно , если цель лежит глубоко , то будет слышен слабый сигнал.

(У приборов цифровых сила сигнала должна превысить определенный порог, после чего процессор даст команду на звуковой сигнал о цели).

Аналоговые металлоискатели могут иметь только линейную дискриминацию, т.е. Вы можете последовательно закрыть или открыть сегменты целей. (В профессиональных цифровых - это можно делать в произвольном порядке. За это отвечает процессор)

Соответственно та же проблема и с аудио настройками. В импульсных приборах Вы можете менять высоту звука. Но звуков будет не больше 2-х: черный , цветной. Тональность их будет различна (Вы сами это подстраиваете), но о полифонии не может быть и речи. А в процессорных это бывает часто, и этим занимается процессор.
Аналоговые приборы не имеют дисплея, а только имеют ручки и тумблеры регулировок. (нет процессора, который будет обрабатывать что-то и передавать на дисплей)

Импульсники могут одночастотными или многочастотными, но в любом случае надо будет щелкать тумблер для перехода на новую частоту.

Чем ниже частота в этих приборах, тем глубже они видят цель. Для слабо проводящих целей требуется высокая частота. (Собственно в цифровых приборах та же зависимость).

Обычно импульсные металлоискатели работают на частотах ниже 30кГц.

Посмотреть цифровые металлоискатели

Дата: Понедельник, 09 Января 2017

Принципы работы металлоискателей

Металлоискатели – приборы, способные обнаруживать металлы на расстоянии – под землей, под водой, многие из них с успехом применяются для поиска подземных пустот и трубопроводов. Пользователь получает информацию о типе найденного предмета по звуку, изображению пиктограмм на дисплее и других способах идентификации в зависимости от модели детектора.

По принципу работу металлоискатели могут быть различных типов.

Металлоискатель по принципу электронного частотомера

Такой металлоискатель работает по принципу измерения электронным частотомером частоты измерителя колебательного контура с возможностью оценки наращивания частоты. Регистр фиксирует значение и при последующем поиске частотомер работает в режиме постоянного измерения частоты, получая нужные данные. Пользователь получает результат на дисплее.

Особенность электронных металлоискателей в том, что они отлично разделяют цели по типу металла за счет разницы в частоте – ферромагнетики (железо, кобальт и некоторые редкоземельные металлы) понижают частоту измерительного генератора, а неферромагнетики – повышают. Поиск драгоценностей, монет из некоторых видов сплавов и металлов, реликвии – вот самые желанные цели, которые может реализовать металлоискатель с электронным частотомером.


Схема металлоискателя с электронным частотомером

Металлоискатель на биениях

Принцип работы металлоискателя на биениях является одним из простейших, основан на регистрации частот от двух генераторов, первый работает со стабильной частотой, второй содержит в конструкции индуктивную катушку. При отсутствии в непосредственной близости от металлодетектора металлической цели оба генератора работают в одинаковых частотах (или практически равнозначных). Как только на горизонте прибора появляется металлический объект, его параметры резко изменяются, и генератор с катушкой индуктивности изменяет частоту. Зарегистрированное значение подается пользователю, чаще всего с помощью многотональной идентификации или визуальных показателей. Уход частоты тонального сигнала определяется с несколько раз труднее, чем со светодиодными индикаторами.

Недостатком металлоискателя на биениях является весьма посредственная селективность, это связано с так называемой «паразитарной синхронизацией», вызванной близкими значениями частот обоих генераторов. Проявляется синхронизация в том, что сигнал одного генератора проникает в другой по цепи питания, происходит «захват фазы». Чтобы избежать подобных явлений, используется оптоволоконная развязка. Также эти детекторы не могут похвастаться хорошей глубиной обнаружения.

Однокатушечный индукционный металлоискатель

В конструкции датчика имеется лишь одна катушка, она может быть любой формы. Катушка возбуждается переменным сигналом и следит за изменением частот. При появлении рядом с датчиком металлического объекта появляется переизлученный сигнал, наведенный дополнительным электрическим сигналом из катушки. Выделение сигнала производится методом вычитания значения сигнала, равнозначного по частоте, амплитуде и фазе, что и в катушке при отсутствии поблизости металлических объектов, из электрического сигнала в катушке датчика.
Индукционные металлоискатели отличаются очень простой конструкцией, повышенной чувствительностью.


Схема индукционного металлоискателя

Импульсный металлоискатель

Принцип работы импульсного металлоискателя основан на самоиндукции в проводящем объекте. Импульсный металлоискатель состоит из генератора токовых импульсов, коммутационного устройства, двух катушек приема и излучения импульса (часто они объединены в одну) и блока обработки полученного сигнала. Отраженный сигнал появляется под воздействием возникновения токового импульса, вызванного импульсом магнитной индукции в проводящем объекте. Полученный сигнал регистрируется прибором и выводит нужную информацию на дисплей пользователя.

Импульсные металлоискатели характеризуются высокой чувствительностью, подходят для поиска на большой глубине. Из недостатков можно выделить высокий уровень электрических и радиопомех.


Схема импульсного металлоискателя

Магнитометры

Магнитометры работают по принципу изменения показателей магнитного поля, часто используются как металлоискатели для поиска в сложных грунтах. Магнитометры отличаются очень большой глубиной обнаружения, они с успехом используются для поиска рудных жил, трубопроводов и т.д. Для бытового пользователя магнитометр не представляет интереса, поскольку не может искать цветные металлы, которые и являются основным объектом поисковиков.

Магнитометр фиксирует искажение естественного магнитного поля Земли различными ферромагнитными металлами и соединениями. Обнаружив отклонение от нормы, можно вполне обоснованно предположить, что в определенном месте присутствует железный объект. С помощью магнитомеров производят поиски затерянных кораблей, танков.

Радиолокаторы

С помощью радиолокационных устройств успешно производят поиски затерянных самолетов и другой техники на расстоянии километров, и в кладоискательском деле они тоже нашли своем применение. Принцип работы радиолокатора заключается в изучении электромагнитной энергии, ее отражающих и принимающих свойствах, причем место изучения может быть самым разным – земля, вода, воздух. Полученный отраженный сигнал подвергается обработке и анализу, в результате местоположение цели определяется очень точно.

Импульсный металлоискатель своими руками » Полезные самоделки

Принцип работы


На поисковую головку-излучатель (индуктивности 0.2-0.3 мкГн) импульсного детектора металлов подаются импульсы с частотой следования 40 – 200 Гц большой силы тока (до 20 А) и напряжением до 200 В. Если рядом с излучателем нет металлического предмета, то задний фронт импульса остается коротким. В случае близкого расположения трубы, кабеля или чего-нибудь токопроводящего, задний фронт затягивается.

 


Рис.1. Временная диаграмма импульсного металлодетектора

На основе анализа переходного процесса можно судить о наличии не только металлического предмета, но и о виде металла.

Структурная схема

В основу прибора положена схема, разработанная Ю.Колоколовым, с обработкой параметров импульса при помощи микроконтроллера. Это позволило упростить схемотехнику прибора без снижения технических характеристик.

Технические характеристики металлоискателя:

Напряжение питания: 7,5 – 14 В.
Потребляемый ток: 90 мА.
Глубина обнаружения:
- монета диаметром 25 мм: 0,23м;
- пистолет: 0,40 м;
- каска: 0,60 м.

Рис.2. Структурная схема металлоискателя

"Изюминкой" этой схемы является применение дифференциального усилителя во входном каскаде. Он служит для усиления сигнала, напряжение которого выше напряжения питания. Дальнейшее усиления обеспечивает приемный усилитель. Для измерения полезного сигнала предназначен первый интегратор. Во время прямого интегрирования производится накопление полезного сигнала, а во время обратного интегрирования - преобразование результата в цифровую форму. Второй интегратор имеет большую постоянную интегрирования (240 мс) и служит для балансировки усилительного тракта по постоянному току.


Принципиальная схема

Принципиальная схема импульсного металлоискателя приведена на рис. 3.

Рис.3. Принципиальная схема металлоискателя

Мощный ключ собран на полевом транзисторе VT1. Так как полевой транзистор IRF740 имеет емкость затвора более 1000пФ, для его быстрого закрытия используется предварительный каскад на транзисторе VT2. Скорость открытия мощного ключа уже не столь критична из-за того, что ток в индуктивной нагрузке нарастает постепенно. Резисторы R1,R3 предназначены для "гашения" энергии самоиндукции. Защитные диоды VD1,VD2 ограничивают перепады напряжения на входе дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель собран на D1.1. Микросхема D1 представляет собой счетверенный операционный усилитель TL074. Его отличительными свойствами являются высокое быстродействие, малое потребление, низкий уровень шумов, высокое входное сопротивление, а также возможность работы при напряжениях на входах, близких к напряжению питания. Коэффициент усиления дифференциального усилителя составляет около 7 и определяется номиналами резисторов R3, R6, R9, R11.Приемный усилитель D1.2 представляет собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 57. Во время действия высоковольтной части импульса самоиндукции этот коэффициент снижается до 1 с помощью аналогового ключа D2.1 что предотвращает перегрузку входного усилительного тракта и обеспечивает быстрое вхождение в режим для усиления слабого сигнала. Транзисторы VT3 и VT4 предназначены для согласования уровней управляющих сигналов, подаваемых с микроконтроллера на аналоговые ключи.

 

С помощью второго интегратора D1.3 производится автоматическая балансировка входного усилительного тракта по постоянному току. Постоянная интегрирования 240 мс. выбрана достаточно большой, чтобы эта обратная связь не влияла на усиление быстро изменяющегося полезного сигнала. С помощью этого интегратора на выходе усилителя D1.2 при отсутствии сигнала поддерживается уровень +5 В.

Измерительный первый интегратор выполнен на D1.4. На время интегрирования полезного сигнала открывается ключ D2.2 и соответственно закрывается ключ D2.4. На ключе D2.3 реализован логический инвертор. После завершения интегрирования сигнала ключ D2.2 закрывается и открывается ключ D2.4. Накопительный конденсатор C6 начинает разряжаться через резистор R21. Время разряда будет пропорционально напряжению, которое установилось на конденсаторе C6 к концу интегрирования полезного сигнала. Это время измеряется с помощью микроконтроллера, который осуществляет аналого-цифровое преобразование. Для измерения времени разряда конденсатора C6 используются аналоговый компаратор и таймеры, которые встроены в микроконтроллер D3.
Микроконтроллер AT90S2313 также имеет в своем составе 8-ми битный RISC процессор с быстродействием 10 MIPS, 32 рабочих регистра, 2 килобайта Flash ПЗУ, 128 байт ОЗУ, сторожевой таймер.

С помощью светодиодов VD3...VD8 производится световая индикация. Кнопка S1 предназначена для начального сброса микроконтроллера. С помощью переключателей S2 и S3 задаются режимы работы устройства. С помощью переменного резистора R29 регулируется чувствительность металлоискателя.


Алгоритм функционирования


Для разъяснения принципа работы описываемого импульсного металлоискателя ниже приведены осциллограммы сигналов в наиболее важных точках прибора (рис.4)

Рис.4. Осциллограмма прибора

На время интервала A открывается ключ VT1. Через катушку датчика начинает протекать пилообразный ток . При достижении величины тока около 2 А ключ закрывается. На стоке транзистора VT1 возникает выброс напряжения самоиндукции. Величина этого выброса более 300В и ограничивается резисторами R1, R3. Для предотвращения перегрузки усилительного тракта служат ограничительные диоды VD1, VD2. Также для этой цели на время интервала A (накопление энергии в катушке) и интервала B (выброс самоиндукции) открывается ключ D2.1. Это снижает сквозной коэффициент усиления тракта с 400 до 7. На осциллограмме 3 показан сигнал на выходе усилительного тракта (вывод 8 D1.2). Начиная с интервала C ключ D2.1 закрывается и коэффициент усиления тракта становится большим. После завершения защитного интервала C, за время которого усилительный тракт входит в режим, открывается ключ D2.2 и закрывается ключ D2.4 - начинается интегрирование полезного сигнала интервал D. По истечении этого интервала ключ D2.2 закрывается, а ключ D2.4 открывается - начинается "обратное" интегрирование. За это время (интервалы E и F ) конденсатор C6 полностью разряжается. С помощью встроенного аналогового компаратора микроконтроллер отмеряет величину интервала E, которая оказывается пропорциональной уровню входного сигнала. Для версий V1.0 и V1.1 микропрограммного обеспечения установлены следующие значения интервалов: A - 60...200 мкс, мкс, B - 12 мкс, C - 8 мкс, D - 50 мкс, А + В + С + D + E + F (период повторения).

 

Микроконтроллер обрабатывает полученные цифровые данные и индицирует с помощью светодиодов VD3...VD8 и излучателя звука Y1 степень воздействия мишени на датчик. Светодиодная индикация представляет собой аналог стрелочного индикатора - при отсутствии мишени горит светодиод VD8, далее в зависимости от уровня воздействия последовательно загораются VD7,VD6 и т.д.
Настройку прибора рекомендуется проводить в следующей последовательности:
- убедиться в правильности монтажа;

- подать питание и убедиться, что потребляемый ток не превышает 100 мА;
- вместо резистора R7 установить переменный резистор и вращая его ротор добиться такой балансировки усилительного тракта, чтобы осциллограмма на выводе 7 D1.4 соответствовала осциллограмме 4 (рис. 4). При этом необходимо следить за тем, чтобы сигнал в конце интервала D был неизменным, т.е. осциллограмма в этом месте должна быть горизонтальной. После этого переменный резистор необходимо измерить и заменить на постоянный ближайшего номинала.

 

Собрать металлодетектор можно из деталей набора NM8042, выпущенного компанией МАСТЕР КИТ и включающего в себя печатную плату, корпус, полный комплект деталей и инструкцию по сборке.

 

Рис.5. Собранный металлодетектор из набора NM8042 МАСТЕР КИТ

Поисковая головка

Поисковая головка для металлодетектора - одна из важнейших его частей. От качества ее изготовления зависит, как будет работать прибор.

Данные катушки - диаметр 19 см, количество витков 27, провод ПЭВ, ПЭЛ 0,5 мм, кабель для катушки - двухпроводной, многожильный не экранированный провод в резиновой изоляции. Данная головка обеспечивает чувствительность обнаружения монеты 5 коп (СССР) на расстоянии 19 -20 см на воздухе.

 

Рис.6. Одноконтурная головка

Одно контурная поисковая головка диаметром 19 мм не обладает достаточной чувствительностью к мелким металлическим объектам (например ювелирным украшениям), маленькая же имеет небольшую глубину поиска. Совместить глубину поиска с чувствительностью к мелким объектам можно изготовив двухконтурную поисковую головку.

 

Рис.7. Двухконтурная головка

На кусочках ДВП размечаем контуры будущей катушки (внешний диаметр 200 мм, внутренний диаметр 90 мм, толщина стенок 18 мм). Наматываем катушки. На отправке диаметром 19,2 мм – 25 витков, на оправке диаметром 84 мм – 5 витков. Пропитываем катушки лаком и укладываем их в канавки, соединяя последовательно. Заводим кабель, распаиваем концы, вставляем кабельный ввод. Кладем катушку вверх канавкой и заливаем канавку эпокисдной смолой. После полимеризации переворачиваем катушку, вклеиваем ушки и покрываем всю поверхность эпоксидкой в 2 слоя. Распаиваем штекер, кабель оборачиваем скотчем для защиты от краски и 2-3 раза окрашиваем катушку.

Конструкция катушки позволяет локализовать 1 коп (СССР) на расстоянии 100 мм. Центр объекта очень легко определяется, поскольку диаграмма чувствительности к небольшим предметам получается конусной (в центре на 1-2 см больше).


Верхняя штанга

Для изготовления верхней штанги металлодетектора потребуется отрезок дюралюминиевой, медной или латунной трубы диаметром 22 мм с толщиной стенок 2 мм. Его длина - 120-140 см. Из трубы с помощью трубогиба выгибается S-образная штанга (см рис. 8).

 


Рис.8. Чертеж штанги

Из листового металла 1,5 - 2,5 мм вырезается и изгибается подлокотник. Подлокотник крепится к штанге болтом М6. Под подлокотником находится контейнер для элементов питания. Провод питания пропущен внутри штанги и выведен через отверстие диаметром 5 мм в районе электронного блока. Пластиковая затяжная муфта взята от раздвигающейся щетки для мытья окон. Внутренний диаметр затяжного элемента муфты - 16 мм, внешний – 20 мм. Затяжной элемент вклеивается в штангу на эпоксидной смоле. Неопреновая ручка может быть заменена отрезком резинового шланга или поролоновым валиком.


Нижняя штанга

Нижняя штанга намотана на оправке диаметром 14 мм из 6 слоев стеклоткани до получения диаметра 16 мм. Длина штанги - 500-750 мм. В моем варианте штанга сделана разрезной из 2 частей по 370 мм каждая.

Общий вид прибора приведен на рис. 9.

Рис.9. Общий вид прибора

Опубликовано:
www.masterkit.ru

Схемы импульсных глубинных металлоискателем. Микропроцессорный импульсный металлоискатель (с печатной платой). Теоретические основы работы импульсного металлодетектора

Передатчик

Передающая часть состоит из генератора прямоугольных импульсов на микросхеме IC1 — NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1) и мощного ключа на транзисторе Т1 — IRF740 (IRF840). Для его раскачки стоит транзистор Т2 — 2N3904. Нагрузкой Т1 является поисковая катушка L1. Для подстройки длительности и частоты импульса подбираем сопротивление R10 и R11 соответственно.

Приёмник

Приемный узел собран на микросхеме IC2 — TL074. В её состав входит четыре малошумящих операционных усилителя. По входу первого каскада усилителя стоит ограничитель сигнала на диодах VD1,VD2, включенных встречно-параллельно. На выходе последнего усилителя включен светодиод, загорающийся при наличии металла в поле катушки.

После первого каскада усиления стоит пассивный фильтр, вырезающий полезную часть приходящего импульса.

На микросхеме IC3 — NE555 собран звуковой генератор, срабатывающий вместе со светодиодом при появлении металла. Управляет генератором транзистор T3 — 2N3906.

Диод VD3 IN4001 совместно с предохранителем (0,5А) нужны для защиты схемы от переполюсовки питания.

Поисковая катушка

Катушка L1 (250μH) намотана на оправке 180 — 200 мм и содержит 27 витков провода ПЭЛШО в лаковой и шёлковой изоляции, если такого нет, то ПЭВ (ПЭЛ, ПЭТВ и др.), диаметром 0,3 — 0,8 мм. Провод можно взять с трансформаторов, дросселей, отклоняющей системы или петли размагничивания негодного цветного телевизора. Катушку можно намотать на круглой оправке, например, ведре или кастрюле. Затем снять с оправки и обмотать несколько слоёв изоленты. Для изготовления катушки можно использовать пластмассовую крышку от ведра или пяльцы для вышивания, в которые очень хорошо укладывается провод.

Каркас катушки НЕ должен содержать металла! Сама катушка в этом типе металлоискателя тоже НЕ обматывается фольгой!

Провод, соединяющий катушку и плату должен быть толстым и желательно экранированным, а также не иметь соединений и разъёмов. В импульсе ток достигает больших значений и всё выше сказанное влияет на чувствительность прибора.

Настройка металлоискателя

Настройка этого металлоискателя намного сложнее, чем рассматриваемого ранее на одной микросхеме К561ЛА7.

Паять плату чистой канифолью или спирто-канифольным раствором. После пайки зубной щёткой смыть со спиртом остатки канифоли. После монтажа ОБЯЗАТЕЛЬНО ещё раз проверьте правильность монтажа согласно принципиальной схеме.

Правильно

Импульсный металлоискатель » Полезные самоделки

Прибор (рис. 1, а) состоит из задающего генератора 1 на частоту 100 Гц, усилителя тока импульса 2, излучающей рамки 3, генератора задержки 4 на 100 мкс, генератора стробирующих импульсов 5, согласующего усилителя 6, электронного коммутатора 7, приёмной рамки 8, двустороннего ограничителя 9, усилителя сигнала 10, интегратора 11, усилителя постоянного тока 12, индикатора 13, стабилизатора напряжения 14.

Металлоискатель работает следующим образом. Задающий генератор излучает импульс длительностью Ти (рис. 1, б), спад которого запускает генератор задержки. Импульс задающего генератора усиливается по мощности усилителем тока и поступает на излучающую рамку. Генератор задержки вырабатывает импульс длительностью 100 мкс, спадом которого запускается генератор стробирующих импульсов. Этот генератор вырабатывает стробирующий импульс длительностью 30 мкс, который через согласующий усилитель управляет работой электронного коммутатора. Коммутатор открывает усилитель сигналов на время действия стробирующего импульса и пропускает сигнал с усилителя 10 на интегратор. Сигнал с выхода интегратора через усилитель постоянного тока поступает на стрелочный индикатор.


Рис.1. Импульсный металлоискатель.


На рис. 1, б показано распределение во времени сигналов на передающей (излучающей) рамке (кривая 1), на приёмной рамке при отсутствии (кривая 2) и при наличии металла (кривая 5). В результате экспериментов было установлено, что при отсутствии металла принятый импульс за время 100 мкс довольно резко убывает по амплитуде. При наличии в зоне контроля металлических включений длительность убывания принятого импульса по амплитуде значительно затягивается в основном за счёт действия токов Фуко. Свойство деформации формы принятого сигнала из-за воздействия металлических включений положено в основу конструкции этого прибора.

Конструкция датчика прибора показана на рис. 1, в. Излучающая и приёмная рамки намотаны на каркасе из диэлектрика наружным диаметром 300 мм. Приёмная рамка намотана внутри излучающей. Её внутренний диаметр 260 мм. Передающая рамка содержит 300 витков провода ПЭВ-2 0,44, а приёмная - 60 витков провода ПЭВ-2 0,14. Крепление ручки 1 произвольное и особых пояснений не требует.


Рис.2. Принципиальная электрическая схема импульсного металлоискателя.

На рис. 2 изображена принципиальная схема прибора. Задающий генератор выполнен на микросхемах DD1.1 и DD1.2. Сигнал с выхода генератора через резистор R9 поступает на вход усилителя тока импульса - транзисторы VT3-VT5, нагрузкой которого является излучающая рамка L1.1. Через конденсатор С3 импульс с задающего генератора поступает на вход генератора задержки, выполненного на элементах DD1.3, DD1.4 по схеме триггера Шмидта. Спад импульса задержки запускает генератор стробирующих импульсов, выполненный на элементах DD2.1-DD2.3. Стробирующий импульс через согласующий усилитель (транзисторы VT1, VT2) поступает на электронный коммутатор DA1, который управляет работой усилителя сигналов (DA1.1 и DA1.2) и интегратором (С12, R30), пропуская сигнал постоянного тока на усилитель постоянного тока (DA2) во время действия стробирующего импульса. Нагрузкой усилителя постоянного тока служит стрелочный прибор РА1. Для повышения стабильности измерений питание усилительных каскадов дополнительно стабилизировано. Электронные стабилизаторы выполнены на транзисторах VT6, VT7.

В. С. Горчаков

Глубинные металлоискатели: для чего нужны, как работают и как устроены?

Поисковикам со стажем известно, что это за звери такие — глубинные детекторы, но зачастую интерес к таким приборам ограничивается пониманием предназначения. А вот большинство начинающих часто интересуется и задает вопросы: новичков удивляет необычность конструкции, большие размеры поисковых катушек, им хочется знать, насколько глубоко данные агрегаты видят сквозь землю.

Начну с того, что глубинник подойдет далеко не всем. В том смысле, что монету вы вряд ли с ним обнаружите. Другое дело, если это будет мешочек или кувшин с монетами — вот тут шансы гораздо выше. Дело в том, что из-за особенностей работы глубинные детекторы крайне редко могут увидеть предметы размером с монету — это, скорее, исключение из правила, так как чаще всего одиночные монеты вы будете пропускать. Средние размеры цели, которую глубинный детектор может обнаружить, составляют 10 на 10 сантиметров.  

 

Вот такие цели глубинники легко отыщут на очень большой глубине.

 

Давайте подробнее рассмотрим два самых популярных сегодня глубинных металлоискателя. 

 

Fisher Gemini 3

 

Есть такой металлоискатель у производителя Fisher — Gemini 3. Это как раз яркий представитель глубинных моделей, имеющий довольно высокую частоту, которая составляет 81,92 кГц. Выделяется своим олдскульным внешним видом: катушки, похожие на два небольших красных чемоданчика с тумблерами, и длинная штанга с круглыми держателями.

 

 

Сначала может показаться, что управлять такой махиной не так-то и просто. Но нет, все довольно понятно и логично, учитывая, что у аппарата совсем не много тумблеров. Перед работой необходимо проверить состояние батарей. Их, кстати, целых 16 штук, по 8 батарей типа АА в каждом чемоданчике-катушке (батареи в комплекте). Для проверки состояния нужно нажать на красную кнопку «BATTERY TEST» и смотреть на показатель стрелки вверху. Если дошла до отметки «OK» — все о’кей! Если же не дотягивает и до отметки 5, то ничего не поделаешь, батареи придется менять. Далее выставить тумблер «SENSITIVITY» в положение 7, при этом прозвучит довольно громкий сигнал. После необходимо произвести настройку порогового тона, держа аппарат параллельно земле и медленно вращая тумблер «BALANCE» против часовой стрелки до затухания сигнала. При этом иногда нужно будет «играться» с чувствительностью, уменьшая или прибавляя ее, если сигнал сохраняется. Когда прибор приблизится к цели, сигнал будет усиливаться. Это реализовано благодаря использованию технологии VCO. Вот, в принципе, и все.

Да, чуть не забыл: есть у Gemini 3 такая фишка, как режим широкого сканирования. Это когда поиск осуществляется без штанги, и на сканируемое расстояние между катушками до 9 метров. Как же выполняется такой поиск? Ну, тут тоже особых заморочек нет. Хотя... Все же есть — нужны два оператора. Один держит приемник, второй — передатчик, причем крайне желательно, чтобы обе катушки находились на одной прямой. Вначале нужно включить передатчик и только потом уже приемник, чувствительность поставить на ноль. Чтобы настроиться, нужно понемногу увеличивать уровень чувствительности, и как только будет слышен сигнал — уменьшить, чтобы определить точку, когда отсутствует связь между приемником и передатчиком. Разумеется, в процессе работы нужно периодически подстраивать уровень чувствительности.

 

 

Ну и, наверное, самый животрепещущий вопрос: какова же глубина обнаружения у Gemini 3? Тут не все так просто и однозначно. Напомню, что глубинник предназначен для обнаружения крупных предметов, и, в зависимости от размера цели, а также от состояния грунта и произведенных настроек, разница будет и в глубине обнаружения. Что это означает в реальности? Скажем, небольшой сундучок с монетами может быть обнаружен на глубине около 1 метра, а вот если под землей зарыт танк, то есть все шансы услышать его и на глубине 6 метров.

К слову, каждый прибор проходит специальную проверку на удовлетворение заявленным характеристикам и спецификациям, что подкреплено специальным сертификатом, который находится в коробке каждого аппарата: «Был изготовлен и проверен на испытаниях в соответствии со всеми необходимыми требованиями и спецификациями компании Fisher Research Labs».

 

White's TM 808

 

Следующий, не уступающий по популярности, представитель глубинных детекторов — это металлоискатель White's TM 808, работающий на низкой частоте 12,5 кГц. Данный агрегат тоже выглядит довольно своеобразно: большие дугообразные катушки, прямоугольный блок, который вкупе с ручкой, опять же, напоминает небольшой черный чемоданчик. Питается четырьмя батарейками типа «С», которые также идут в комплекте.

 

 

Взглянув на блок и заметив количество тумблеров, пользователь может подумать, что в плане настроек тут придется повозиться. Ну только если совсем чуть-чуть, потому что для поиска в обычных условиях вполне достаточно установить все ручки в положение «NORMAL». Интересная особенность — включение прибора осуществляется ручкой «THRESHOLD» (пороговый тон). Повернули по часовой стрелке — и смотрим на состояние батарей на индикаторе вверху блока. Если в пределах 80-100, то беспокоиться о замене батареи пока не стоит, ее хватит часов на 12 постоянной работы. Кстати, про пороговый тон. Тут дело вот в чем. Во время работы  прибора должен быть всегда слышен тихий звук. Можно изменить уровень тона на низкий, если работаете в наушниках. Иногда на тон может влиять земля, а точнее состояние грунта, при котором тон попросту исчезает. В этом случае нужно воспользоваться кнопкой на рукоятке для повторной отстройки. Или, как вариант — включить тумблер автоматической настройки, тогда о состоянии тона беспокоиться не придется. Важно также настроить балансировку на грунт. Для этого выбираем ручную настройку порогового тона (переключаем тумблер автоматической настройки в положение «NO AUTO»). Держим прибор на расстоянии от земли примерно в 50 сантиметрах, нажимаем и отпускаем кнопку на ручке. Слышим пороговый тон? Хорошо, поднимаем прибор еще чуть повыше. Если звук не меняется, то устанавливаем регулятор «GROUND BALANCE» в положение «NORMAL» — и вперед, на поиски!

Думаю, что вопрос касательно глубины обнаружения и так уже понятен. Все зависит от размера цели, но в целом же, это в пределах 1-4 метров.

 

 

Итак, вот два ярких образца глубинных детекторов, каждый со своими особенностями и характеристиками. Надеюсь, что тем людям, у которых были какие-либо вопросы касаемо этих, скажем так, особых детекторов, стало ясно, для чего они и что собой представляют.

Павел Провин


Импульсный металлоискатель своими руками - Морской флот

Я и Диод. Развлекательно — технический блог

Импульсный металлоискатель своими руками

Импульсный металлоискатель своими руками

Импульсный металлоискатель своими руками

Немного почитав радиолюбительские форумы по изготовлению металлоискателей, обнаружил, что большинство людей собирающих металлоискатели, на мой взгляд, незаслуженно списывают со счетов металлоискатели на биениях — так называемые BFO металлоискатели. Якобы это технология прошлого века и «детские игрушки». — Да, это простой и непрофессиональный прибор, требующий определенных навыков и опыта в обращении. Он не имеет четкой селективности металлов и требует подстройки в процессе эксплуатации. Однако и с ним можно производить удачный поиск при определенных обстоятельствах. Как вариант — пляжный поиск — идеальный вариант для металлоискателя на биениях.

Место для поиска с металлоискателем.

С металлоискателем нужно ходить там, где люди что-то теряют. Мне повезло, у меня есть такое место. Неподалеку от моего дома расположен заброшенный речной песчаный карьер, на котором летом постоянно отдыхают люди бухая и купаясь в реке. Понятное дело, они постоянно что то теряют. На мой взгляд, лучшего места для поиска с металлоискателем BFO придумать нельзя. Потерянные вещи моментально самозакапываются на небольшую глубину в сухой песок и отыскать их вручную уже практически невозможно. Мистика какая то. Помню, в детстве уронил там в песок ключи от квартиры. Вот стою я, вот сюда упали ключи, но, сколько я не перекапывал тот участок — все безрезультатно. Они буквально провалились «сквозь землю». Просто заколдованное место. В то же время на этом «золотом» пляже я постоянно находил в песке чужие ключи, зажигалки, монеты, украшения и телефоны. А при последнем походе с металлоискателем – женское тонкое золотое кольцо. Оно было почти у поверхности чуть присыпано песком. Возможно, просто везение. Собственно именно под этот пляж я и делал свой металлоискатель.

Достоинства металлоискателя на биениях.

Почему именно BFO? — Во первых, это самый простой вариант металлоискателя. Во вторых он обладает хоть какой то динамикой сигнала в зависимости от свойств предмета. Не то что импульсный металлоискатель – «пикающий» на все одинаково. Я не в коем случае не хочу принизить достоинства импульсного металлоискателя. Это тоже замечательный прибор, но для пляжа заваленного пробками и фольгой он не подходит. Многие скажут, что и металлоискатель на биениях не различает свойств предмета, воет и гудит на все одинаково. Однако это не так. Попрактиковавшись на пляже пару дней, я научился весьма неплохо определять фольгу как резкое и глубокое изменение частоты. Крышки же от пивных бутылок вызывают строго определенное изменение частоты, которое нужно запомнить. А вот монеты издают слабый, «точечный» сигнал — еле уловимое изменение частоты. Все это приходит с опытом при наличии терпения и неплохого слуха. Металлоискатель на биениях — это все-таки «слуховой» металлоискатель. Анализатором и обработчиком сигналов здесь является человек. По этому вести поиск нужно обязательно на наушники, а не на динамик. Причем лучший вариант – большие наушники, а не «затычки».

Конструкция металлоискателя.

Конструктивно я решил делать металлоискатель складным и компактным. Чтобы он влезал в обычный пакет, дабы не привлекать внимание «нормальных» людей. Иначе, добираясь до места поиска, выглядешь как «инопланетянен», или собиратель металлолома. Для этой цели я купил в магазине самое маленькое (двухметровое пятиколенное) телескопическое удилище. Оставил три колена. Получилась довольно компактное складное основание, на котором я и собрал свой металлоискатель.

Весь электронный блок был собран в уже полюбившимся мною пластиковом коробе для проводки 60х40. Из его пластмассы так же была сделана торцевая заглушка, перегородка отсека питания и крышка отсека питания .Части склеивались суперклеем и садились на болты М3. Крепление электронного блока металлоискателя к удилищу выполнено в виде металлической скобы, которая вставляется на место рыболовной катушки с леской и фиксируется штатной гайкой удилища. Получилась отличная легкая и прочная конструкция. Наружу блока выведена кнопка питания, гнездо подключения катушки (пятиконтактное гнездо от «дедушкиного» магнитофона), регулятор частоты и гнездо под джек для наушников.

Печатная плата металлоискателя изготавливалась по месту разводкой дорожек водостойким маркером. По этому, к сожалению, печатку предоставить не могу. Монтаж поверхностный навесной — без отверстий – «ленивый» — мой любимый . Так же важно после сборки платы покрыть её любым лаком для защиты от влаги и мусора. При полевых условиях это очень важно. Я, к примеру, потерял один день из за того, что во внутрь под микросхему попал какой-то мусор. Металлоискатель просто перестал работать. И мне пришлось возвращаться домой, разбирать его, продувать и вскрывать плату лаком.

Схема металлоискателя на биениях.

Сама же схема (см. ниже ) была переработана и оптимизирована мной из двух схем металлоискателей. Это «Металлоискатель на микросхеме» — журнал «Радио», 1987г, №01, стр 4, 49 и «Металлоискатель повышенной чувствительности» — журнал «Радио», 1994г, №10, стр 26.

В результате получилась простая и функциональная схема, обеспечивающая стабильные низкочастотные результирующие биения – то, что нужно для определения на слух малейших изменений частоты.

Стабильность и чувствительность металлоискателя обеспечивают следующие схемные решения:

Генераторы эталонный и измерительный разнесены — выполнены в отдельных корпусах микросхем – DD1 и DD2. На первый взгляд это расточительство – используется всего один логический элемент корпуса микросхемы из четырех. То есть, да, эталонный генератор собран только на одном логическом элементе микросхемы. Остальные три логические элемента микросхемы не задействованы вовсе. Точно так же построен и измерительный генератор. Казалось бы — бессмысленно не задействовать свободные логические элементы корпуса микросхем. Однако именно в этом и есть большой смысл. И состоит он в том, что если, допустим, все же собрать в одном корпусе микросхемы два генератора – они будут синхронизировать друг друга на близких частотах. Не удастся получать малейшие изменения результирующей частоты. На практике это будет выглядеть как резкое изменение частоты лишь при близком воздействии массивного металлического предмета на измерительную катушку. Иными словами резко снижается чувствительность. Металлоискатель не реагирует на мелкие предметы. Результирующая частота как бы «залипает» на нуле – до определенного момента вовсе нет биений. Еще говорят – «тупой металлоискатель», «тупая чувствительность». Кстати «Металлоискатель на микросхеме» — журнал «Радио», 1987г, №01, стр 4, 49 построен как раз на одной микросхеме вовсе. Там очень заметен этот эффект синхронизации частот. Ним совершенно невозможно искать монеты и мелкие предметы.

Так же оба генератора должны быть экранированы отдельными небольшими экранами из жести. Это на порядок повышает стабильность и чувствительность металлоискателя в целом. Достаточно, просто припаять на минус между микросхемами генераторов небольшие перегородки из жести, чтобы убедится в улучшении параметров металлоискателя. Чем лучше экран — тем лучше чувствительность (ослабляется влияние генераторов друг на друга и плюс защита от внешнего воздействия на частоту).

Электронная настройка.

Во всех классических схемах BFO (схемах BFO прошлого века) для настройки нулевых биений используется конденсатор переменной емкости КПЕ. Этот паршивый элемент изначально перечеркивает все возможности металлоискателя на биениях. Никогда не используйте КПЕ в BFO! Даже если он не будет иметь люфтов, все равно он будет источником паразитного изменения частоты в следствии температурных и емкостных влияний окружающей среды. Производить поиск в реальных походных условиях с конденсаторным металлоискателем на биениях сплошное мучение.

Только электронная настройка! Она реализована на стабилитроне D1, включенном в схему как варикап. Такая схема обеспечивает хорошую перестройку частоты при отсутствии паразитных явлений. Вместо КС147 можно использовать к примеру КС133, КС156 и многие другие. Так же многие диоды обладают свойством варикапа. Естественно, возможно придется подобрать резисторы R1, R3. Возможно R3 нужно будет вообще закоротить при другом стабилитроне или диоде.

Компаратор на DD3.2 – DD3.4.

Этот элемент схемы преобразует синусоидальный сигнал с выхода смесителя DD3.1 в прямоугольные импульсы удвоенной частоты.

Во первых, прямоугольные импульсы отчетливо слышны на герцовых частотах как четкие щелчки. В то время как синусоидальный сигнал герцовых частот уже с трудом различим на слух.

Во вторых, удвоение частоты позволяет более близко подойти регулировкой к нулевым биениям. В результате, регулировкой можно добиться «цоканья» в наушниках, изменение частоты которого уже можно уловить при поднесении маленькой монеты к катушке на расстоянии 30 см.

Стабилизатор питания генераторов.

Естественно, в данной схеме напряжение питания заметно влияет на частоту генераторов DD1.1 и DD2.1 металлоискателя. Причем на каждый из генераторов влияет по разному. В результате чего, с разрядом батареи немного «плывет» и частота биений металлоискателя. Для предотвращения этого в схему был введен пятивольтовый стабилизатор DA1 для питания генераторов DD1.1 и DD2.1. В результате чего частота перестала «плыть». Однако, следует сказать, что с другой стороны, из за пятивольтового питания генераторов несколько снизилась чувствительность металлоискателя в целом. По этому, эту опцию следует считать необязательной и при желании можно питать генераторы DD1.1 и DD2.1 от кроны без стабилизатора DA1. Только придется чаще подстраивать частоту вручную, регулятором.

Конструкция катушки металлоискателя.

Так как это не импульсный металлоискатель, а BFO, то поисковая катушка (L2) не боится металлических предметов в своей конструкции. Нам не понадобятся пластмассовый болт. То есть мы можем без опаски применять для её изготовления металлический (но только незамкнутый!) каркас и обычный металлический болт для шарнира. В последствии, при наладке схемы, все влияния металла в конструкции выведутся в ноль подстроечным сердечником катушки L1. Сама катушка L2 содержит 32 витка провода ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,2 – 0,3 мм. Диаметр катушки должен быть около 200 мм. Намотку удобно производить на небольшое пластмассовое коническое ведро. Полученные витки полностью обматываются изолентой и увязываются ниткой. Далее вся эта конструкция обматывается фольгой (кулинарная фольга для запекания). Сверху фольги наматывается луженая проволока несколькими витками по всему периметру катушки. Эта проволока будет выводом фольгяного экрана катушки. Еще раз все вместе обматывается изолентой. Сама катушка готова.

Каркас на котором будет располагаться катушка и которым она будет крепится к удилищу изготавливается из стальной пружинящей (не мягкой) проволоки 3-4 мм. Он состоит собственно из трех частей (смотри рисунок)– двух витых проволочных петель шарнира, которые будут соединены болтом между собой и проволочного кольца, продетого в трубку от капельницы (кольцо не должно быть замкнутым витком).

Вся эта конструкция вместе с готовой проволочной катушкой так же увязывается вместе нитками и изолентой.

Сам шарнир с катушкой крепится к удилищу увязыванием капроновыми нитками и проклейкой эбоксидной смолой.

Кату

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм



Как работает металлоискатель

Работа металлоискателей основана на принципах электромагнитной индукции. Металлоискатели содержат одну или несколько катушек индуктивности, которые используются для взаимодействия с металлическими элементами на земле. Детектор с одной катушкой, показанный ниже, является упрощенной версией того, что используется в реальном металлоискателе.

На катушку подается импульсный ток, который затем индуцирует магнитное поле, показанное синим цветом. Когда магнитное поле катушки движется по металлу, например по монете на этой иллюстрации, поле индуцирует электрические токи (называемые вихревыми токами) в монете. Вихревые токи создают собственное магнитное поле, показанное красным, которое генерирует в катушке противоположный ток, который вызывает сигнал, указывающий на присутствие металла.

НАЗАД К РУКОВОДСТВАМ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ И МАГНЕТИЗМУ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1995-2019, автор - Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми Правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт обслуживается нашим
Команда разработчиков графики и веб-программирования
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.
Последнее изменение: вторник, 13 сентября 2016 г., 14:10
Счетчик доступа с 6 сентября 1999 г .: 514985
.

масс-спектрометр - как это работает

МАСС-СПЕКТРОМЕТР

 

На этой странице описывается получение масс-спектра с помощью масс-спектрометра. Фактически, существует несколько различных конструкций масс-спектрометров, которые различаются в деталях - на этой странице рассматривается один, который легко понять.

 

Как работает масс-спектрометр

Основной принцип

Если что-то движется и вы подвергаете его воздействию боковой силы, вместо того, чтобы двигаться по прямой линии, оно будет двигаться по кривой - отклоняясь от своего первоначального пути под действием боковой силы.

Предположим, мимо вас летит пушечное ядро, и вы хотите отразить его, когда оно пройдет мимо вас. Все, что у вас есть, - это струя воды из шланга, которую вы можете пролить на нее. Честно говоря, особой разницы это не имеет! Поскольку пушечное ядро ​​настолько тяжелое, оно вряд ли вообще отклонится от первоначального курса.

Но предположим, что вместо этого вы пытаетесь отклонить мяч для настольного тенниса, летящий с той же скоростью, что и пушечное ядро, используя ту же струю воды. Поскольку этот мяч такой легкий, вы получите огромный прогиб.

Величина отклонения, которую вы получите для данной боковой силы, зависит от массы мяча. Если бы вы знали скорость мяча и величину силы, вы могли бы вычислить массу мяча, если бы знали, по какой изогнутой траектории он отклоняется. Чем меньше прогиб, тем тяжелее мяч.


Примечание: Я не предлагаю, чтобы вам лично приходилось делать вычисления, хотя математика на самом деле не очень сложна - конечно, не выше стандарта A'level!


Вы можете применить точно такой же принцип к частицам атомного размера.

 

Схема того, что происходит в масс-спектрометре

Атомы и молекулы могут отклоняться магнитными полями при условии, что атом или молекула сначала превращаются в ион. На электрически заряженные частицы действует магнитное поле, а на электрически нейтральные - нет.

Последовательность:

Этап 1: Ионизация

Атом или молекула ионизируются, выбивая один или несколько электронов с образованием положительного иона.Это верно даже для вещей, от которых вы обычно ожидаете образования отрицательных ионов (например, хлора) или вообще никогда не образуют ионы (например, аргон). Большинство масс-спектрометров работают с положительными ионами.


Примечание: Все масс-спектрометры , с которыми вы столкнетесь, если будете проводить курс для 16-18-летних, работают с положительными ионами. Даже если бы несколько атомов в образце хлора, например, захватили электрон, а не потеряли его, образовавшиеся отрицательные ионы не прошли бы через обычный масс-спектрометр.Но мне указали, что ведется работа над масс-спектрометрами отрицательных ионов, хотя они используют другой метод ионизации.

Благодарю профессора Джона Тодда из Кентского университета за то, что обратил на это мое внимание.



Этап 2: Разгон

Ионы ускоряются, поэтому все они имеют одинаковую кинетическую энергию.

Этап 3: прогиб

Затем ионы отклоняются магнитным полем в соответствии с их массами.Чем они легче, тем больше отклоняются.

Величина отклонения также зависит от количества положительных зарядов на ионе - другими словами, от того, сколько электронов было сбито на первом этапе. Чем больше заряжен ион, тем сильнее он отклоняется.

Этап 4: Обнаружение

Пучок ионов, проходящий через машину, обнаруживается электрически.

 

Полная схема масс-спектрометра

 

Понимание происходящего

Необходимость вакуума

Важно, чтобы ионы, производимые в ионизационной камере, свободно проходили через машину, не сталкиваясь с молекулами воздуха.

Ионизация

Испарившийся образец проходит в ионизационную камеру. Металлическая катушка с электрическим нагревом испускает электроны, которые притягиваются к ловушке для электронов, которая представляет собой положительно заряженную пластину.

Таким образом, частицы в образце (атомы или молекулы) бомбардируются потоком электронов, и некоторые из столкновений достаточно сильны, чтобы выбить один или несколько электронов из частиц образца и образовать положительные ионы.

Большинство образовавшихся положительных ионов будут нести заряд +1, потому что гораздо труднее удалить дальнейшие электроны от уже положительного иона.

Эти положительные ионы направляются в остальную часть машины с помощью ионного репеллера, который представляет собой другую металлическую пластину, несущую небольшой положительный заряд.


Примечание: Как вы сейчас увидите, вся ионизационная камера находится под положительным напряжением около 10 000 вольт.Когда мы говорим о двух пластинах, имеющих положительный заряд, эти заряды в дополнение к этим 10 000 вольт.


Разгон

Положительные ионы отталкиваются от камеры очень положительной ионизации и проходят через три щели, последняя из которых находится под напряжением 0 вольт. Средняя щель несет некоторое промежуточное напряжение. Все ионы ускоряются в точно сфокусированный пучок.

Прогиб

Разные ионы отклоняются магнитным полем на разную величину. Величина прогиба зависит от:

  • масса иона. Более легкие ионы отклоняются сильнее, чем более тяжелые.

  • заряд на ионе. Ионы с 2 (или более) положительными зарядами отклоняются больше, чем ионы с 1 положительным зарядом.

Эти два фактора объединены в соотношение масса / заряд . Отношение масса / заряд обозначается символом m / z (или иногда m / e).

Например, если ион имеет массу 28 и заряд 1+, его отношение масса / заряд будет 28. Ион с массой 56 и зарядом 2+ также будет иметь отношение масса / заряд 28.

На последней диаграмме поток ионов A наиболее отклонен - ​​он будет содержать ионы с наименьшим соотношением масса / заряд. Ионный поток C отклоняется меньше всего - он содержит ионы с наибольшим соотношением масса / заряд.

Будет проще говорить об этом, если мы предположим, что заряд всех ионов равен 1+.Большинство ионов, проходящих через масс-спектрометр, будут иметь заряд 1+, так что соотношение масса / заряд будет таким же, как масса иона.


Примечание: Вы должны знать о возможности наличия 2+ (и т. Д.) Ионов, но подавляющее большинство вопросов A'-уровня дадут вам масс-спектры, которые включают только ионы 1+. Если в вопросе нет подсказки, вы можете разумно предположить, что ионы, о которых вы говорите, будут иметь заряд 1+.


Предполагая, что ионы 1+, поток A имеет самые легкие ионы, поток B - следующие по легкости, а поток C - самые тяжелые. Более легкие ионы будут отклоняться сильнее, чем тяжелые.

Обнаружение

Только поток ионов B проходит через установку к детектору ионов. Остальные ионы сталкиваются со стенками, где они захватывают электроны и нейтрализуются. В конце концов, они удаляются из масс-спектрометра вакуумным насосом.

Когда ион попадает в металлический ящик, его заряд нейтрализуется электроном, прыгающим с металла на ион (правый рисунок). Это оставляет пространство между электронами в металле, и электроны в проводе перемещаются, чтобы заполнить его.

Поток электронов в проводе определяется как электрический ток, который можно усилить и записать. Чем больше ионов поступает, тем больше ток.

Обнаружение других ионов

Как могут быть обнаружены другие ионы - те в потоках A и C, которые были потеряны в машине?

Помните, что поток A отклонился больше всего - он имеет наименьшее значение m / z (самые легкие ионы, если заряд 1+).Чтобы направить их к детектору, вам нужно будет меньше их отклонять - используя меньшее магнитное поле (меньшую боковую силу).

Чтобы доставить на детектор те, у которых значение m / z больше (более тяжелые ионы, если заряд равен +1), вам придется отклонять их больше, используя большее магнитное поле.

Если вы изменяете магнитное поле, вы можете направить каждый поток ионов по очереди к детектору, чтобы произвести ток, пропорциональный количеству поступающих ионов. Масса каждого обнаруживаемого иона связана с величиной магнитного поля, используемого для его попадания в детектор.Устройство может быть откалибровано для записи тока (который является мерой количества ионов) напрямую по отношению к m / z. Масса измеряется по шкале 12 C.


Примечание: Весы 12 C представляют собой весы, на которых изотоп 12 C весит ровно 12 единиц.


 

Как выглядит выходной сигнал масс-спектрометра

Выходные данные самописца обычно упрощаются в виде «стержневой диаграммы».Это показывает относительный ток, создаваемый ионами с различным соотношением масса / заряд.

Схема для молибдена выглядит примерно так:

Вы можете найти диаграммы, на которых вертикальная ось обозначена как «относительная численность» или «относительная интенсивность». Что бы ни использовалось, это означает одно и то же. Вертикальная шкала связана с током, принимаемым самописцем, и, следовательно, с количеством ионов, поступающих на детектор: чем больше ток, тем больше ионов.

Как видно из диаграммы, самый обычный ион имеет отношение масса / заряд 98. Другие ионы имеют отношение масса / заряд 92, 94, 95, 96, 97 и 100.

Это означает, что молибден состоит из 7 различных изотопов. Предполагая, что все ионы имеют заряд 1+, это означает, что массы 7 изотопов по шкале углерода-12 составляют 92, 94, 95, 96, 97, 98 и 100.


Примечание: Если бы присутствовало также 2+ иона, вы бы знали, потому что каждая из линий на стержневой диаграмме будет иметь другую линию ровно с половиной своего значения m / z (потому что, например, 98/2 = 49 ).Эти линии были бы намного менее высокими, чем линии ионов 1+, потому что шансы на образование ионов 2+ намного меньше, чем на образование ионов 1+.

Если вы хотите сразу перейти к тому, как использовать эти масс-спектры для вычисления относительных атомных масс, вы можете перейти прямо на эту страницу, перейдя по этой ссылке, а не через меню ниже.



 
 

Куда бы вы сейчас хотели пойти?

В меню масс-спектрометрии.. .

В меню инструментального анализа. . .

В главное меню. . .

 

© Джим Кларк 2000 (последнее изменение в марте 2019 г.)

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *