Устройство для обнаружения металлических тел в слабопроводящих средах

 

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для обнаружения мелких металлических тел и частиц в материалах и изделиях с низкой электропроводностью, например в продукции пищевой и фармацевтической промышленности. Металлообнаружитель содержит автогенератор с вихретоковым преобразователем в колебательном контуре и кодоуправляемый магазин емкостей. К выходу автогенератора подключены измеритель отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи и компаратор амплитуды. Благодаря регулировке коэффициента передачи измерителя отклонения частоты при изменении мешающих факторов (например, степени электропроводности среды) происходит пропорциональное изменение уровней сформированного напряжения, и устройство реагирует только на наличие металлического предмета. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано для обнаружения мелких металлических тел и частиц в продуктах, материалах и изделиях с низкой электрической проводимостью, в частности в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.

Известны металлоискатели (Булгак Л., Степанов А. Металлоискатель. - Радио, 1984, 1, с. 49; Нечаев И. Металлоискатель на микросхеме. - Радио, 1987, 1, с. 49; А.с. СССР 1260902, МКИ G 01 V 3/08, Б.И. 36, опубл. 30.09.86, Бюл. 36), содержащие датчик в виде катушки индуктивности, подключенный к колебательному контуру автогенератора гармонических колебаний, и схему индикации девиации частоты генерируемых колебаний, возникающих при прохождении металлического тела через зону чувствительности датчика.

Общим недостатком указанных металлоискателей является недостаточная стабильность частоты автогенератора и основных узлов схемы индикации девиации частоты, в результате чего происходит дрейф разностной частоты или уровня сигналов, вызываемый изменениями температурных режимов, старением элементов, изменениями напряжений питания, помехами и другими причинами. Это требует частой подстройки схемы с целью компенсации дрейфа, что затрудняет работу устройства в автоматическом режиме (при контроле массовой продукции путем установки датчика на конвейере), ограничивает предельно допустимую чувствительность устройства.

Наиболее близким прототипом является устройство для обнаружения дефектов в электропроводящих изделиях (А.с. СССР 1089504, кл. G 01 N 27/90, 1984, Б. И. 16), содержащее автогенератор с вихретоковым преобразователем в колебательном контуре, кодоуправляемый магазин емкостей, подключенный к выходу автогенератора, компаратор амплитуды и измеритель отклонения частоты, блок памяти, подключенный к выходу компаратора амплитуды, блок управления, снабженное подключенными к измерителю отклонения частоты последовательно соединенными: коммутатором, цифроаналоговым преобразователем, управляемым аттенюатором, усилителем переменного напряжения и индикатором, причем выходы блока управления соединены со входами кодоуправляемого магазина емкостей, блока памяти и управляющим входом управляемого аттенюатора, а выход блока памяти подключен ко второму входу коммутатора.

Основными недостатками этого устройства являются сложность конструкции и недостаточная термостабильность, что приводит к уменьшению дальности обнаружения мелких металлических тел, особенно в условиях наличия слабопроводящей среды.

В основу изобретения поставлена задача увеличения дальности обнаружения мелких металлических тел в условиях наличия слабопроводящих сред, уменьшения количества элементов, габаритов, массы и энергопотребления, упрощения конструкции, улучшения температурной стабильности.

Решение указанной задачи достигается тем, что в устройство, содержащее вихретоковый преобразователь, включенный в колебательный контур автогенератора электрических колебаний, блок памяти, кодоуправляемый магазин емкостей, подключенный к выходу автогенератора, измеритель отклонения частоты, дополнительно введен цифровой компаратор, входы которого подключены к выходам измерителя отклонения частоты и блока памяти, а выход непосредственно соединен с блоком индикации, при этом измеритель отклонения частоты выполнен с регулируемым коэффициентом передачи.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых элементов: измерителем отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи, цифровым компаратором и их связями с остальными элементами устройства. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что в известных металообнаружителях не применяется измеритель отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи, совместно с цифровым компаратором. Применение измерителя отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи приводит к улучшению параметров металлообнаружителя, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для обнаружения металлических тел в слабопроводящих средах.

На фиг. 2 - временная диаграмма емкости на выходе кодоуправляемого магазина емкости.

На фиг. 3 - функциональная схема измерителя отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи.

Устройство для обнаружения металлических тел в слабопроводящих средах содержит автогенератор 1 с вихретоковым преобразователем в колебательном контуре (не показан), измеритель 2 отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи, цифровой компаратор 3, кодоуправляемый магазин 4 емкостей, блок 5 управления, компаратор 6 амплитуды, блок 7 памяти и блок 8 индикации, измеритель 2 отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи состоит из смесителя 9, схемы совпадения 10, счетчика 11 импульсов, буфера 12 памяти, опорного генератора 13, мультивибратора 14 и формирователя 15 коротких импульсов.

Принцип действия устройства основан на том, что емкость в эмиттерной цепи автогенератора 1 изменяется так, как показано на фиг.2 (автогенератор выполняется по схеме, приведенной в прототипе). От значения емкости зависят коэффициент усиления в автогенераторе 1 и амплитуда выходного напряжения. На участке плавного изменения емкости амплитуда выходного напряжения становится равной заданному значению (при котором чувствительность автогенератора 1 к наличию металлического тела максимальна). Это значение емкости запоминают.

Затем емкость в эмиттерной цепи автогенератора достигает максимального значения (фиг.2) и некоторое время остается неизменной. В это время выделяют отклонение частоты автоколебаний от того значения, которое было при удалении электромагнитного преобразователя от электропроводящих сред; в это же время (при максимальной емкости) преобразуют выделенное и запомненное значение емкости в напряжение.

Во время следующего интервала времени (в течение которого емкость плавно изменяется) производят преобразование выделенного отклонения частоты автогенерации в напряжение.

Сформированное таким образом напряжение является модулированным с двумя уровнями, пропорциональными выделенным значениям емкости и отклонения частоты. Для подавления модуляции сформированного напряжения ослабляют напряжение с переменным коэффициентом ослабления. Во время плавного изменения емкости в автогенераторе (фиг. 2) задают один коэффициент ослабления, а при максимальной емкости - другой коэффициент ослабления. Значения коэффициентов ослабления выбирают таким образом, чтобы при приближении электромагнитного преобразователя к непроводящему или слабопроводящему участку среды модуляция ослабленного напряжения отсутствовала.

При изменении мешающих факторов (например, степени электропроводности среды) происходит пропорциональное изменение уровней сформированного напряжения. При этом ослабленное напряжение не имеет модуляции. На участке среды, содержащей металлический предмет, соотношение между выделенными значениями емкости и отклонением частоты становится иным и не соответствует выбранным значениям коэффициентов ослабления напряжения. В результате этого в ослабленном напряжении появляется переменная составляющая (модуляция). Эту переменную составляющую усиливают и по ней судят о наличии и глубине расположения металлического предмета.

Устройство для обнаружения металлических тел в слабопроводящих средах работает следующим образом. В колебательный контур автогенератора 1 включен вихретоковый преобразователь, представляющий собой катушку индуктивности. Выходное напряжение с автогенератора 1 поступает на входы измерителя 2 отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи и компаратор 6 амплитуды. Измеритель 2 отклонения частоты с регулируемым коэффициентом передачи осуществляет преобразование частоты автогенерации в цифровой код, запоминание значения частоты автоколебаний при удалении электромагнитного преобразователя от проводящих сред, выделение отклонения текущего значения частоты автоколебаний от запомненного значения и регулировку коэффициента передачи. Компаратор 6 амплитуды выделяет момент равенства амплитуды выходного напряжения автогенератора 1 заданному значению и формирует в этот момент управляющий сигнал для блока 7 памяти (по этому сигналу блок 7 памяти производит запоминание кода, находящегося в этот момент на его информационных входах). На информационный вход блока 7 памяти поступает цифровой код со входа кодоуправляемого магазина 4 емкостей. Кодоуправляемый магазин 4 емкостей формирует выходную емкость, пропорциональную цифровому коду на его входе. Аналоговый выход кодоуправляемого магазина 4 емкостей соединен с автогенератором 1. На вход кодоуправляемого магазина 4 емкостей поступает цифровой код с выхода блока 5 управления. Блок 5 управления формирует цифровой код, изменяющейся во времени так же, как и емкость магазина 4 (фиг.2). Кроме того, блок 5 управления формирует тактовую последовательность прямоугольных симметричных импульсов, соответствующих полупериодам работы устройства. Цифровой компаратор 3 осуществляет сравнение кодов с цифровых выходов измерителя 2 отклонений частоты и блока 7 памяти. На выходах цифрового компаратора 3 формируется код, управляющий работой блока 8 индикации. Сигналы, поступающие с автогенератора 1, подаются на вход смесителя 9, на второй вход которого поступает выходной сигнал от опорного генератора 13. Выходной сигнал смесителя имеет частоту, равную разности частот автогенератора 1 и опорного генератора 13, и подается на один из входов схемы совпадения 10, на другой вход которой подается сигнал с выхода мультивибратора 14. Сигнал с выхода мультивибратора 14 через формирователь 15 коротких импульсов поступает на вход разрешения записи буфера 12 памяти. Счетчик 11 импульсов преобразует разность частот в цифровой код, запоминающий в буфере 12 памяти. Цифровой код в буфере 12 памяти запоминается по сигналу с формирователя 15 коротких импульсов.

Формула изобретения

Устройство для обнаружения металлических тел в слабопроводящих средах, содержащее автогенератор с вихретоковым преобразователем в колебательном контуре, кодоуправляемый магазин емкостей, подключенные к выходу автогенератора компаратор амплитуды и измеритель отклонения частоты, блок памяти, подключенный к выходу компаратора амплитуды, блок управления и индикации, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен цифровой компаратор, входы которого подключены к выходам измерителя отклонения частоты и блока памяти, а выход соединен с блоком индикации, при этом измеритель отклонения частоты выполнен с регулируемым коэффициентом передачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3