Импульсный вихретоковый металлоискатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii>748319(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 020678 (21) 2624005/18-25 с присоединением заявки ¹ (5М)М. Кл.

601 Ч 3/10

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15,07.80, Бюллетень М 26 (53) УДК 550.837 (088,8) Дата опубликования описания 15.07.80 (72) Авторы изобретения

В.А.Бакушев и Б.Г.Иванов (71) Заявитель (54 } ИМПУЛЬСНЫЙ ВИХРЕТОКОВ61Й МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля электромагнитными методами и предназначено для обнаружения предметов из различных металлов в непроводяших и слабопрово- > дящих средах, а также для обнаружения электропроводки, водо- и газопроводных коммуникаций и т.д.

Известны импульсные металлоискатели, принцип действия которых основан на методе переходных процессов Clj .

В указанных устройствах используется амплитудно-импульсный метод выделения полезного сигнала из переходного процесса, индуцированного в 15 приемной катушке вторичным электромагнитным полем вихревых токов и собственной энергией, запасенной в катушке после окончания действия возбуждающего импульса тока. 2О

Наличие в этих устройствах аналоговых функциональных звеньев (фильтров, усилителей постоянного и переменного тока и т.д.) снижает временную и температурную стабильность ука-25 э анных устройств, а также не поз воляет реализовать максимальную чувст» ви тель но от ь при боров из- з а наличия внутренних флуктуационных помех, шумов, пульсаций напряжения питания, а 30 защита от. влияния внешних электромагнитных помех путем включения полосовых фильтров приводит к потере инФормации о наличии в зоне контроля малых металлических предметов с невысокой электрической проводимостью.

Использование интегрирующих усилителей с синхронным наклонением в течение заданного отрезка времени с целью улучшения соотнсшения сигнал/ шум в ряде случаев недопустимо из-за снижения быстродействия системы индикации.

Известен также детектор металла, содержащий вихретоковый датчик, подключенный к импульсному генератору, и последовательно соединенные, предусилитель, два электронных ключа, дифференциальный интегратор, усилитель постоянного тока, блок индикации, а также генератор стробируюших импульсов, причем входы предусилите-, ля и генератора стробирующих импульсов подключены к выходу импульсного генератора, входы двух параллельно включенных ключей соединены с выходом предусилителя, другие входы ключей подключены к соответствующим выходам генератора стробирующих импульсов, а выход каждого ключа соединен с соот748319 ветствуюшим входом дифференциального интегратора (2 .

В этом детекторе металла регистра ция наличия металлического предмета в зоне контроля осуществляется путем измерения амплитудного значения сигнала, нанеденного в приемной катушке индуктивности (вихретоковом преобразователе), в определенный момент времени после окончания возбуждающего импульса тока и. соответствует времени бткрывания ключей, включенных в измерительный тракт.

Момент открывания ключей, включенных в измерительный тракт, определяется генератором стробирующих импульсов, синхронизированным от генератора импульсов возбуждения, а время измерения (или длительность открывания ключей) определяется длительностью стробирующих импульсов. Таким образом,на одном иэ входов дифференциального интегратора поянляется импульс, уровень которого соответствует амплитуде полезного сигнала, осложненного сигналами помехи, а на втором входе — импульс, соответствующий уроннк сигнала помехи, поскольку задержка на включение второго ключа выбрана в несколько раз пренышающей время полного затухания полезно-. го сигнала. В результате на выхоце" дифференциальнбго интегратора выделяется сигнал, пропорциональный амплитуде полезного сигнала.

Недостатком известного устройства является невысокая стабильность работы .определяемая наличием в измерительном тракте большого количества аналоговых функциональных звеньев (предусилитель, дифференциальный интегратор, УПТ) и очень большим коэффициентом усиления сигнала, необходимым для повышения чувствительности прибора, а также недостаточная помехозащищенность, обусловленная невозможностью подавления импульсных помех, а также помех некогерентных с периодичностью работы генератора строб-импульсов.

Кель изобретейия — повышение" чувствйтельности и помехозащищенности металлоискателя.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный вихретоковый металлоискатель снабжен последовательно соединенными ограничителем, компаратором, формиф>ователем и триггером с раздельным запуском, включенными между генератором импульсон и блоком индикации, а также одновибратором, вход которого подключен к генератору имйульса и второму входу блока индикации, а выход = Ko второму входу триггера.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого импульсного нихретокового металлоискателя; на фиг.2 —. эпюры напряжений на различных элементах блок-схемы в отсутствие металлическо.

30 го предмет ; н а фиг. 3 — при наличии металлического предмета; на фиг.4 приведен вариант исполнения электрической схемы блока индикации.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, вихретоковый преобразователь 2, ограничитель 3, компаратор 4, формирователь 5, например, триггер

Шмитта, одновибратор 6, триггер 7 с раздельным запуском, блок 8 индикации, измерительный каскад 9 блока индикации, зарядный конденсатор 10, транзисторные ключи 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

Первичное поле возбуждается катушкой нихретокового преобразователя 2, питаемой импульсами тока, формируеьими генератором 1 импульсов (фиг.l), В результате взаимодействия неустановившегося первичного поля с металлическим предметом, находящимся в зоне контроля, возбуждается вторичное поле вихревых токов, наведенных в металле, которое в свою очередь, индуцирует сигнал в вихретоковом преобразователе 2.

Постоянная времени (6, и форма переходного процесса (фиг.2 а), вызванного резким изменением тока в источнике поля — нихретоковом преобразователе определяется при отсутствии металла в зоне контроля только собстненными параметрами катушки вихретокового преобразователя (индуктивностью, активным сопротивлением, добротностью), 40

55 бО

5

При наличии металла в зоне контроля длительность йереходного процесса

Я . (фиг. 3 а) увеличивается за счет взаимодействия вторичного поля с вихретоковым преобразователем, причем амплитуда, длительность и закон затухания- индуцированного сигнала определяются (в случае непроводящей укрывающей среды) только параметрами металлического предмета (масса, размеры, электрическая проводимость, магнитная проницаемость, глубина залегания) .

Сигнал с вихретокового преобразователя 2 через ограничитель 3 напряжения подается на вход компаратора 4.

На второй вход компаратора 4 подается опорное напряжение 9„ соответствующей полярности (фиг. 1 и 2б) . На выходе компаратора вырабатывается импульс йапряжения, длительность которого определяется моментами равенства напряжений на входах компаратора. Поскольку сигнал с вихретоконого преобразователя представляет собой медленно"изменяющуюся величину (закон затухания, близкий к экспоненциаз ьному) при малых уровнях опорного напряжения go ., задний фронт импульса компаратора Ц щ (t ) получа- . ется затянутым (фиг.2в). Для формирования крутых фронтов этого импуль748319 са к выходу компаратора 4 подключен формирователь 5, с выхода которого

„сформированный импульс l () поступает на один из входов триггера с раздельным запуском 7. На второй вход триггера 7 подается импульс

94з (4) одновибратора 6, запускаемого задним фронтом .импульса (Ь» () ге"-- нератора 1 импульсов. Длительность импульса .оа одновибратора 6 выби/ рается равной или немного меньшей

/ 10 длительности импульса C ф на выходе формирователя 5 при отсутствии металла в зоне контроля (фиг.2 г и д) . ЗаФ пуск триггера осуществляется задними фронтами поступающих на его входы импульсов.

При отсутствии металлических предметов в зоне контроля на выходе триг .гера импульс напряжения Овэ (6) ли-1 бо отсутствует (при равенстве длительностей импульсов одновибратора 7об 20 и формирователя Lф, т.е. при одновременной подаче запускающих импульсов на входы), либо имеет минималь.ную длительность, равную Сф - L„ (фиг.2е) . 25

При попадании металлического пре дмета в зону контроля длительность ! переходного процесса Г,. на катушке вихретокового преобразователя увеличивается и соответственно растет дли- 30 тельность импульса на выходах ограничителя, компаратора и формирователя, что, в свою очередь, приводит к увеличению длительности импульса на выходе триггера (фиг. 3 б-е) . 35

Сигнал определенной длительности, зависящей от наличия или отсутствия металлических предметов в зоне контроля, с выхода триггера 7 подается на блок индикации, выполненный, например, на базе транзисторного ключа 11 с зарядным конденсатором 10 и содержащий измерительный каскад 9 с высоким входным сопротивлением (фиг.4) . Величина напряжения заряда Осрр (t ) конденсатора 10 (фиг, 2 ж) пропорциональна длительности импульса сигнала и, благодаря большой постоянной времени разряда запоминается до следующего такта измерения.

B результате на вход измеритель- 50 ного каскада 9 подается практически постоянное напряжение, пропорциональное длительности импульса сигнала.

Перед началом очередного такта иэ" мерения конденсатор 10 разряжается 55 путем подачи импульса V.„ „(t) с выхода генератора 1 импульсов на транзисторный ключ 12, шунтирующий кон.денсатор.

Предлагаемое устройство отличается повышенной устойчивостью к изменениям напряжения питания, внутренним флуктуационным помехам и наводкам.

Формула изобретения

Импульсный вихретоковый металлоискатель, содержащий вихретоковый преобразователь, подключенный к генератору импульсов, и блок индикации, отличающий с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и помехозащищенности, он снабжен последовательно соединенными ограничителем, компаратором, формирователем и триггером с раздельным запуском включенными между генератором импульсов и блоком индикации, а также одновибратором, вход которого подключен к генератору импульсов и второму входу блока индикации, а выход — ко второму входу триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Заявка Великобритании 91011604, 1 N опублик. 1970.

Заявка Великобритании Р1315684, 1 N опублик. 1973 (прототип) . (1. кл. G

2. кл. G

Принудительный разряд конденсатора перед началом каждого цикла измерения позволяет значительно повысить -=. быстродействие индикации, что дает возможность использовать предлагаемое устройство в технологическом потоке при больших скоростях движения контролируемых объектов.

Новые функциональные блоки, которые могут быть выполнены на основе логических элементов в интегральном исполнении, в сочетании с новыми функциональными связями позволяют реализовать время-импульсный метод обработки информации вместо известных амплитудного и амплитудно-импульсного методов, что дает возможность, в свою очередь, значительно повысить временную и температурную стабильность устройства, его чувствительность и устойчивость к воздействию как периодических, так и импульсных помех.

Дополнительное увеличение чувствительности устройства может быть достигнуто при использовании блока цифровой индикации, содержащего время-импульсный преобразователь и подключенного к выходу триггера с раздельным эайуском.

74Â319

Е рцх

I

1 !

I !

I

t

Составитель С.Рьпких

Редактор Н.Горват ТехредА. щепанская Корректор С.шекмар

Закаэ 4353/11 Тираж 649 . Подписное

IIHHHIIH Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул . Проектная, 4