Вихретоковый металлоискатель

 

ВИХРЕТОКОВЫЙ МЕТАПЛОИСКАТЕЛЬ , состоящий из последовательно соединенньк генератора, внхретоково-го преобразователя и предусилителя, а также синхронного детектора, первого интегратора и блока индикации, при этом управляющий вход синхронного детектора соединен с первьм управляющим выходом генератора, о тл и ч а ю го, и и с я тем, что, с целью полышения достоверности контроля , в него введены диффе.ренциатор., электронный ключ, дифференциальный интеграторJ дифференциальный -усилите .пь постоянного тока, нелинейньв элемент5 первый, второй и третий компараторы, одновибратор, первая и дв освходовые схемы И, а также второй интегратор, причем дифференциатор вютючен мезвдз выходом предусилителя и входом синхрон ого детектора, выход синхронного да-. тектоаа и выход электронного ключа соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя постоянного тока, второй вход дифференциального усилителя постоянного тока подключен к выходу первого интегратора , сигнальный вход электрон:ного ключа соединен с выходом нелинейного элемента, а управляк щий вход электронного ключа подключ н к второму упраБЛякщпмувыходу генератора, кроме того, к выходу дифференциального усилителя постоянного тока подключены входы первого интегратора i и ьелинейного элемента, а также инвертирующие входы первого и второго котчпараторов, неинвертирующие входы которых подключеП. к источникам опорного напряжения соответственно полста тельной и отрицатепьной полярности, а выходы первого и второго компараторов соедин; иы с первыми входами iaranA соотзетственно первой и второйдвухвходовых схем К. к выходу первого компаратора подключен вход одновибрасл . тор а, вьпсод которого соединен с 01 вторьии входами первой и второй д-в 7свхсдовых схем И, управляющш и сигнальный вг.оды второго интегратора поккггючены соответственно к выходам ;(. и второй пв; гхвходовых схем Hj выход второго интегратора подк тючен к парвоку входу третьего компаратора , второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход подключен к блоку индикации.

СОЮЗ COBETCHMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ%

РЕСПУБЛИН

3t5D 5 01 Ч 3/11

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДКЛЛМ ИЗОЬРКТКНИЙ И ОТНРЦТИй (21) 3413513/18 — 25 (22) 29.03.82 (46) 07.10.84. Бюп. К- 37 (72) В.A.Áàêóøåâ, Д.С.Костров, Е.В.Бойко, A.Ä.Áðîìáåðã и С.В.Наумова (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 550.838 (088.8) (56) 1. Лвторское свидетельство СССР

11 - 429395 кл. C-, 01 "j 3/00,,972

?. Авторское свидетельство СССР

Ф 792192, кл. Ст 01 М 3/ .1,.1980 (прототип). (54) (57) ВИХРЕТОКОВЫЙ ИЕТАЛЛОИСКА—

ТЕЛЬ, состоящий из последозательнс соединенных генератора, вихретокозого преобразователя и предусилителя, а также синхронного детектора, первого интегратора и блока индикации, при этом упразпяюший вход синхронного детектора соединен с первым управляющим выходом генератора, о т— личающийсятем,что,сцлью по. ышения достоверности контроля, з него вз..цены дифференциат";p, электронный ключ, дифференциальный интегратор, дифференциальный .усилитель постоянно о тока, нелинейный элемент, первый, второй и третий компараторы, одновибратор, первая и вторая двухвходовые схемы И, а также второй интегратор„ причем дифференциатор включен между выходом предусилителя и входом синхронного детектора, выход синхронного де-. тектора и выход электронного к.тточа соединены соответственно с неинзертирующим и инзертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя постоянного тока, второй вход дифференциального усилителя постоянного тока подключен к выходу первого интег;;атора, сигнальный вход электронного ключа соединен с выхоцом нелине :.ного элемента, а угравляютштй вход электронного клю а подключен к второ; у управлятошему- гьтходу генератора, кроме того, к выходу дифференциального усилителя постоянного тека подключены входы первого интегратора и нелинейного элемента, а также ин; вертирующие входы первого и второго кот параторов, неинвертирующие входы которых подключе.:":.. к источникам опорного напряжения соответственно чоложтельной и отрицательной полярности, а -;ыходы первого и в орого комттаратороз соецинспы с первыми входами соответственно первой и второй двухзходовых схем И, к выходу первого компаратора подключен вход одновибра" тора, выход которого соединен с вторыми входами гервой и зтсрой двухзходозых схем И, управляющий и сигнальный в:".оцы второгA интсгратора но:кт.гтчены соответственно к Miõîïàì

l ер; 0A H B7 рэй пвухвхоцозых RE M Ит выход второго и;тгегратора подключе;к п. .рвому входу третьего компаратора, з орой вход которого соединен с. источником опорного напряжения, а выход подклк,чен к блоку инцикации.

1 l1

Изобретение относится к технике обнаружения и предназначено,пля обнаружения металлических предметов и частиц в потоке сырья.

Известно устройство для обнаружения металла, содержащее генератор, измерительный блок в виде последовательно соединенных датчика, усилителя, детектора, схемы временной селекции и исполнительного блока $1), Недостатком этого устройства является низкая помехозащищенность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является

Вихретоковый металлоискатель, состоящий из последовательно соединенных генератора, вихретокового преобразователя и предусилителя, а также синхронного детектора, первого интегратора и блока индикации, при этом управляющий вход синхронного детектора соединен с первым управляющим выходом генератора (2) .

Недостатками известного устройства являются низкая помехозащищенность и быстродействие из-за большой постоянной времени цепи интегратора.

Цель изобретения — повьш7ение достоверности контроля. указанная цель достигается тем, что в вихретоковый металлоискатель, состоящий из последовательно соедиНенных генератора, вихретокового преобразователя и предусилкггеля, а также синхронного детектора, первого интегратора и блока индикации, при этом управляющий вход синхронного детектора соединен с первым управляющим выходом генератора, введены,цифференциатор, электронный ключ, дифференциальный интегратор, дифференциальный усилитель постоянного тока, нелинейный элемент, первьп, второй и третий компараторы, одновибратор, первая и вторая двухвходовые схемы

И, а также второй интегратор, причем дифференциатор включен между выходом предусилителя и входом синхронного детектора, выход синхронного детектора и выход электронного ключа соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами дифференциального интегратора., вы— ход которого соединен с первым ьходсм дифференциального усилителя постоянного тока,, второй вход дифференциального усилителя постоянного тока подключен к выходу первого интегратора, сигнальный вход электрон17гпс 2 ного ключа соединен с выходом нелинейного элеменга, а управляющий вход электронного ключа подключен к второму управляющему выходу генератора, кроме того „к Выходу дифференциальногоо усилителя посгсянного тека подключены входы первого интегратора и нелинейного элемента, а также иннертирующие входы первого и второго ксмпараторов, неинвертирующие входы которых подключены к источникам опорного напряжения соответственно положительной и отрицательной поляр— ности, а выходы первого и второго компараторов соединены с первьп7и входами соответственно первой и второй двухвходовых схем И, к выходу первогo компаратора подключен вход од77свибратора, выход которого соединен с вторыми входами первой и второй двухвходовых схем И, управляющий с 7 нальный I7xovbi aTopni o интегратор"-. подключены соответственно к выходам первой и второй двухвходовых схем И, выход второго интегратора подключен к первому входу третье— го компаратора, второй вход которс— го соединен с источником опорного ня!Тряже ния я В >гxсд подключен K сл с ку:: ндикации.

На чертеже гре„тставлена блок-схега ВкхретокоВОГО ме 1 ал f olio êàò сл я ° Вихретсксвыи металлсискатель содержит генератор 1 „вихретоковый преобразователь 2, предусилитель 3, дифференциатор 4. синхронный детек":ор 3> дифференциальный интегратОр 6 электронный ключ 7., дифференциальный усилитель 8 постоянного тока, пер— вый интегратор 9,::7елинейный элемент

10, первьп7 компаратор 11,, второй компаратор :2, однсвибратop 13, .первую двухвходсвую схему И 1А, втору. двухвхо71св"Jio схему И 15, второй ин.-егратср 16, третий компаратор .17 и блок 18 индикации.

Устройство работает следуюпцм образом.

Б отсутствие металлического эбъекта H соне сбнаруэкения вихретоксвогс преобразсвател. : " возбуждаемого переменным напряженнем — гармоническим или импульсным — генератора сигнал на выходе сбалансироианногo вихре -с;<с::гс пресбр .зсвателя о":. утс I ву е-,, Б77х„. егО кОВыи п7реобраз(>г; те ч >

1 может быт ь вьп. Ол и ен, например., э чати! Пя с поo OÎОИ г. а пла е из дВух стсв с ->него фжьbÃIIpoÂI : ноi o д7 зле-,; pII<

1117559

l5

55 ка, причем генераторная катушка в виде спирали находится на одной староне платы, а две спиральные приемные катушки — на другой стороне платы, может быть установлен над лентой или под лентой транспортера, при этом контролируемый объект при движении должен последовательно проходить над поверхностью обеих приемных катушек. В этом случае сигнал от движущегося объекта продетекти— раванный синхронным детектором 5 имеет форму одиночного синусаидального имп ул ьс а.

При наличии на выходе вихретако— ваго пре образ ов ателя 2 нескомпенсированного сигнала от посторонних ме— таллических предметов и оборудования, а также вследствие возможного гременного или температурного дрейфа параметров, на выходе синхронного детектора 5 появляется напряжение постоянного тока, которое усиливает— ся дифференциальным усилителем 8 постоянного тока и вызывает разбаланс первого интегратора 9, на выходе которого с задержкой„ апределяе— мой постоянной времени, появляется напряжение компенсации, подаваемое па второй вход дифференциального усилителя 8 постоянного тока,в результате напряжения Hà его выходе автоматически устанавливается равным нулю.

Таким образом, при наличии на входе дифференциального усилителя 8 постоянного тока постоянного либо медленно изменяющегося напряжения, сиг— нал на его выходе отсутствует, поскольку система автаподстройки успевает достаточно эффективно подавить эти помехи и защитить блок 18 индикации от ложных срабатываний. В то же время полезный сигнал ат перемещающегося в потоке контролируемой продукции металличес.кого объекта, усиленный предусилителем 3, и вызывающий появление на выходе синхронного детектора 5 импульса напряже— ния в виде одиночной синусоиды, усиливается дифференциальным усилителем 8 постояннога тока и паступа— ет на входь первого 11 и второго 12 компараторов. При этом ослабления ипи компенсации полезного сигнала от объекта не происходит,.поскольку узел автопоцстройки, выполненный на базе дифференциального интегратора

6, не усгевает "отследить" изменения

1 сигнала.

Влияние изменений постоянной составляющей выходного напряжения предусилителя 3, вызванных изменениями температуры, напряжения пита— ния или временным дрейфом, на работу синхронного детектора 5 устраняется введением в схему дифференциатара 4, выполняющего функции фильтра нижних частот.

Сигнал с выхода синхронного детектора 5, выполненного на базе последовательного электронного ключа, поступает на один из входов дифференциального интегратора 6, сигнап с выхода которого накопленный за Й циклон измер ения, определяемых ч астотой тактовых строб — импульсов на управляющем входе синхронного детектора 5, поступает на вход дифференциальиого усилителя 8 постоянного тока, при этом в результате синхронного накопления за N циклов, отношение сигнал/шум увеличивается в N раз.

Благодаря наличию цепи отрицав тельной обратной связи, образованной нели: ейным элементам 10 и электроннь>м ключом 7, уменьшается время восстановления после воздействия сильных сигналов, в там числе помех. Сопротивление нелинейного элемента 10, выполненного, например, на параллельно и встречно включенных д. :-адах, при отсутствии или при малых сигналах на выходе велико.

Цепь обратной связи, периодически подключаемая на второй вход дифференциального интегратора 6 с небольшой задержкой после каждого цикла накопления сигнала, практически не влияет на рабату схемы.

При появлении на выходе дифференциального интегратора 6 сигнала или помехи большой амплитуды, приводящих K насыщению активных элементов и увеличивающих время.восстановления, сопротивление нелинейного элемента 1О уменьшается. При этом увеличивается глубина отрицательной обратной связи, коэффициент усиления уменьшается, предотвращая перегрузку и уменьшая время восстановления элементов схемы.

При подаче на входы первого 11 и второго 12 компараторов полезного сигнала в форме одиночного синусоидального импульса на их выходах фор

Зака:-72;3!29

Цо ц» н ссн», р ддпщу ч ираж 7 10 мируются раз нополярные импульсы прямоугольной формы с временным сдвигом. Передним фронтом импульса первого компаратора 11 запускается одновибратор 13.

Длительность импульса Одновибра.тора l3 выбирается исходя из скорос1 ти движения металлического объекта в зоне обнаружения скорости движе— ния ленты транспортера и должна несколько превьш ать длительность полезного сигнала, Импульс первого компаратора 11 и импульс одновибратора l3 подаются на входы первой двухвходовой схемы

И 14, на выходе которой формируется прямоугольный строб-импульс разрешения "заряда-сброса", поступающий на управляющий вход второго интегратора 16.

Импульс второго компаратора 12 и импульс одновибратора 13 подаются на входы второй двухвходовой схемы

И 15, при этом на ее выходе формируется строб-импульс, длительность которого определяет уровень сигнала на вь,ходе второго интегратора 16.

Напряжение второго интегратора .6 сравнивается на входе третьего компаратора 17 с опорным напряжением

0ОП . Величина ОпОрнoDQ напряжения устанавливается обратно пропорцио— нальной скорости движения ленты транспортера таким образом„. что величина напряжения на выходе в-срого

75»9 б интегратора 16 за время действия строб--импульса несколько превышает уровень опорногQ напряжения, Сигнал на выходе третьего компаратора 17 появляется лишь в том случае, когда форма, длительность и амплитуда импульса сигнала на входе первого 11 и второго 12 компараторов идентичны полезному сигналу.

10 Появление на гходе импульсов помехи иной формы — одиночных импульсов, пачки однополярных импульсов или двухполярных импульсов, следующих в иной последсвател-.ности, либо идентичн »x no форме импульсов, отличающихся ог полезного сигнала по длительностг, либо импульсов, ам литуда которых меньше величины г:орога срабатывания первого 11 и второго

2б 12 компараторов, не вызывает срабаты вания третьего компаратора 17.

Сигнал с выхода третьего ксмпаратора 17 поступает на блок 18 индикации, где формируется импульс.

25 управления различными исполнительнымп механизмами, например механи" -мом управления транспортером,, а также сигналы индикHTQDc, H ..

Изобретение позвопяс" повысить по .ехозащищенность и быс".рсдействце благодаря использованию фильтрацти нелинейной ОбраГнОЙ связи., псриод1. . ческ подключаемой после каж;;сго » цикла накопления сигнала а . а. 1."и3& : Ф Р ИЩ . Пя" ея "х .. - Мгg ц чщ - Цроек;. ":-».в q