Способ регистрации расположения движущихся металлических объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности регистрации за счет использования абсолютного измерения индуктивности. Способ регистрации расположения движущихся металлических объектов заключается в том, что токопроводящую петлю питают импульсами постоянного тока , деятельность которых превышает время затухания вихревых токов в объекте. Измеряют напряжение петли через интервал времени, равный времени переходного процесса в петле, и по этому напряжению, характеризующему реакцию вихревых токов, судят о расположении объекта. Устройство регистрации расположения движущихся металлических объектов содержит источник питания в виде источника постоянного напряжения, подключенную к нему возбуждающую катушку индуктивности в виде петли, измерительную катушку индуктивности в виде петли, управляемый коммутатор, включенный между источником питания и возбуждающей катушкой, а также блок управления , служащий для управления токовыми цепями сравнения обработки сигналов и согласования, 2 с.п. ф-лы. 5 3.п. ф-лы, 6 ил. СО ю 4 C3D : gi см

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3466502/25-28 (22) 15.07.82 (31) 2248/81 (32) 03.08.81 (33) (HU) (46) 23.07.86. Бюл. g. 27 (71) Вилати Вилламош Аутоматика Феваллалкозе Еш Дьярто Валлалат (HU) (72) Карой Дюлк (Ни) (53) 621.396.663:62 1.3.079(088.8) (56) Патент США У 3943339, кл. G 08 G 1/065, 1976. (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ РАСПОЛОЖЕНИЯ . ДВИЖУЩИХСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности регистрации за счет использования абсолютного измерения индуктивности.

Способ регистрации расположения движущихся металлических объектов заключается в том, что токопроводящую пет(Бв 4 G 01 V 3/10 С 08 С 1/065 лю питают импульсами постоянного тока, деятельность которых превышает время затухания вихревых токов в объекте. Измеряют напряжение петли через интервал времени, равный времени переходного процесса в петле, и по этому напряжению, характеризующему реакцию вихревых токов, судят о расположении объекта. Устройство регистрации расположения движущихся металлических объектов содержит источник питания в виде источника постоянного напряжения, подключенную к нему возбуждающую катушку индуктивности в виде петли, измерительную катушку индуктивности в виде петли, управляемый коммутатор, включенный между источником питания и возбуждающей катушкой, а также блок управления, служащий для управления токовыми цепями сравнения обработки сигналов и согласования. 2 с.п. ф-лы.

5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1246905

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано для регистрации металлических объектов, например автомобилей в потоке уличного движения, 5 трубопроводов или прочих обладающих электропроводностью объектов.

Цель изобретения — повышение точности регистрации за счет использования абсолютного измерения индуктив- 10 ности.

На фиг. 1 представлена схема устройства регистрации движущихся металлических объектов, в котором возбуждающая и измерительная катушка индук- 15 тивпости .выполнены в виде общей петли, а регистрируемый объект изготовлен не из: ферромагнитного материала; на фиг. Z — схема возбуждающей и измерительной катушек индуктивности; на фиг. 3 — схема блока управления; на фиг.4 — вариант схемы с разделенным ,блоком управления; на фиг. 5 и 6 форма наиболее простых компенсированных петель, образующих катушку индук- 2 тивности.

Устройство содержит источник питания (не показан), выполненный в виде источника постоянного напряжения,подключенную к нему возбуждающую катушку 1 индуктивности в виде петли, которая является также измерительной катушкой индуктивности, подключенный к ней усилитель 2, выполненный с регулятором времени задержки (не показан), управляемый коммутатор З,вклю35 ченный между источником питания и катушкой 1 индуктивности, блок 4 управления. выход которого подключен к выходу усилителя 2, первый выход — к

40 индикатору (не показан), второй выход — к управляющему входу коммутатора 3, а третий выход — к входу задержки усилителя 2.

В устройстве может быть использо45 ван ограничитель 5 тока, включенный параллельно катушке 1 индуктивности, Измерительная катушка 6 индуктивности может быть выполнена в виде нескольких петель, а направление намотки витков хотя бы одной из петерь из50 мерительной катушки 6 индуктивности может быть противоположным направлению намотки остальных петель.

Возбуждающая катушка 1 индуктивности и измерительная катушка 6 инцуктивности (фиг, 2) могут быть выполнены раздельно. Блок 4 управления содержит регулируемый нестабильный мультивибратор 7, моностабильныймультивибратор 8, второй моностабильный мультивибратор 9, элемент 10 задержки, элемент И 11, инвертор 12, компаратор 13, микрокомпьютер 14,. регулируемый генератор 15 тока, регулируемый э.пемент 16 генератора 15 тока, второй инвертор 17, второй регулируемый генератор 18 .тока, регулируемый элемент 19 генератора 18 тока и моностабильный мультивибратор 20.

Способ с помощью устройства регистрации,движущихся металлических объектов осуществляется следующим образом.

Когда .вблизи: петли катушки 1 индуктивности нет электропроводящего объекта 21 при замкнутом коммутаторе

3 петля подключена к источнику питания, Чтобы уменьшить потери, целесообразно ограничить ток только индуктивностью петли и омическим сопротивлением резистора 22.

Этот ток создает в петле катушки

1 магнитный поток ф .

После размыкания коммутатора 3 магнитный поток ф уменьшается до нуля в зависимости от определенного ограничителем 5 тока перегрузкй (переходный процесс самоиндукции окончен) ° После этого петля находится в состоянии покоя, значение напряжения на клеммах теоретически равно нулю. (Функции ограничителя 5 тока может взять на себя один из других блоков токовой цепи). Затем с-помощью коммутатора. 3 петля подключается к усилителю 2, который от начала замыкания коммутатора 3 до окончания переходного процесса запирается блоком

4 управления. Выход усилителя 2,снабженный интегрирующим помехозащитным устройством, соединен с входом блока управления. Кроме управления прочими токовыми цепями, блок 4 управления выполняет функции сравнения,об- работки сигналов и согласования, В соответствии с этим усилитель 2 после окончания индуктивного переход-. ного r;.роцесса, когда задержка времени заканчивается, производит контроль измеряемого на клеммах петли напряжения, обре.ботанного в преобразователе— усилителе 2.

Учитывая, что напряжение практически равно нулю, блок 4 управления выцает на выход соответствующую логическую информацию, после чего изме1246905 репия повторяют с заранее установленной частотой.

Если в зоне петли катушки 1 индуктивности находится электропроводящий объект 21 (например, металлический лист), процесс протекает следующим образом.

Часть P, магнитного потока %, про— никает в объект 21 (т.е. пересекает его) со скоростью, зависящей от вихревых токов, возникающих в металлическом объекте 21.

Продолжительность замыкания коммутатора 3 регулируется блоком 4 управления таким образом, что степень подключения магнитного потока близка статическому значению.

После отключения коммутатора 3 магнитный поток +, (который не пересекал объект 21) быстро прекращается так же, как в предыдущем случае.

Магнитный поток P„, проходящий через металлический объект 21, прекращается вследствие вихревых токов медленно °

Вследствие прекращения тока в петле магнитный поток Ч „ преобразуется в поле, и (так как теперь металлический объект представляет собой уже возбуждающий элемент) через петлю катушки 1 идет только часть P, маг— нитного потока P„. Медленное снижение магнитного потока индуцирует постоянного напряжение в петле, которое может быть зарегистрировано во время контрольных замеров.

Таким образом, имеет место элементарный измерительный цикл, состоящий из трех стадий. Повторяя цикл с необходимой частотой, можно реализовать непрерывное измерение.

Описанный процесс происходит при многопетлевом устройстве и/или при ферромагнитном объекте аналогичным образом с тем отличием, что изменяется расположение магнитного потока.

Блок 4 управления может обрабатывать сигналы с различной амплитудой, полученные во время контрольного измерения, по-разному. В наиболее простой форме сигналы сравниваются на уровне сравнения и выдается информация "Да-нет". При другой форме, например при аналоговом измерении, может быть получена информация о расстоянии между объектом и петлей и т.д.

При необходимости (например, в случае сильного мешающего шума) можно использовать логическую коррекцию ошибки или преобразование уровня.

В случае, когда блок 4 управления не содержит микрокомпьютера 14, период измерения регулируется нестабильным регулируемым мультивибратором 7, в то время как отдельные промежутки времени и проведение контрольных замеров регулируются запускающими друг друга моностабильными мультивибраторами 8 и 20, а также элементом (О задержки.

С помощью генератора 15 тока можно регулировать уровень сравнения, в то время как генератором 18 тока можно регулировать гистерезис, который имеет большое значение, в частности, при большом шумовом фоне.

Период моностабильного повторного включаемого в работу мультивибратора 9 длиннее, чем период нестабильного мультивибратора 7. Благодаря этому обеспечивается постоянный уровень сигнала на выходе блока 4.Если блок 4 управления содержит микрокомпьютер, то последний может выполнять функции большинства показанных на фиг. 3 элементов. В шумной окружающей среде микрокомпьютер может иметь несколько программ с коррекцией ошибок.

В одном из вариантов изменение результатов измерения воспринимается только в том случае, если они сохраняются в течение по меньшей мере двух или трех периодов. В обоих укаэанных вариантах микрокомпьютер 14 контролирует правильность изменения результата измерения за существенно меньший период, чем период нормального измерения.

При аналоговом измерении микроком40 пьютер может производить регулирование, например, эталонного уровня компаратора 13.

Кроме вариантов, представленных на фиг. 1 и 2, катушки индуктивности

45 могут быть реализованы по-другому.

При расположении места сбора информации и подачи энергии далеко от катушки коммутация значительных токов катушки связана с большими трудностями ° В этом случае предусматривается локальный преобразователь энергии, благодаря чему в линии при высоком напряжении может протекать низкий ток. !

55 При далеко расположенных друг от друга мест измерения функцип блока 4 управления распределяются на две части: часть блока управления, которая

1? 6905 необходима для работы 01(oJ70 катушек (фиг. 3 элементы 8. 20, 17, 10, 13 и l6) располагается в самом блоке, а другая часть, производящая логическую обработку сигналов (на фиг. 3 элементы 7, 9 и 14), располагается, например, в пункте сбора информации или на центральном пульте.

Систему, содержащу1о несколько 1 ri катушек индуктивности, можно выполнить так, чтобы центральная часть была общей для разделенного блока 4 управления.

Барчант устройства с разделенным блоком управления имеет один или несколько каналов между частями блока, служащих для передачи снгналов, а

> также Олок согласования 1i.a»aJI (ка 1 на>1ы> используют отдельную жилу или жилу, служащую для передачи э>.ергии (й>п1-. 4) .

Вариант выполнения заклю1ается в том, что для подавления магнитных шумов окружающей среды катушка индук- 25 тивности выполнены (на) в виде компенсированных петель (гетли) °

Наиболее простой вариант компенсированной петли представлен на фиг.5 и 6, Петли такого типа наиболее при-- 17 годны для подавления или уменьшения магнитных помех, так каK изменение мешающего магнитного потока в элемента.": петли, EIa11O7 aIIIII!х с противоположным знаком, индуцирует папря>кение npoÄi тивоположного знака, Напряжение, име>ощаеся на клеммах петли, равно сумме напряжений отдельных элементов петли, т.е. напряжения противоположного знака вычитаются друг из друга, Если степень изменения мешающего магнитного потока в обоих намотаннь>х с противоположньы знаком элементах петли идентична помехи полностью

Р -Ф компенсируются.

При этом 11а обнаружение полезного сигнала от петли представленной формы оказывается лишь незначительное влияниео

Формула изобретения

1. Способ регистрации расположени» движущихся металлических объекЗ„г тов, заключаюц1ийся в том, что с помощью токопроводящей петли в объекте возбужда1от вихревые токи, регистрируют реакцию вихревых токов и по ней судяf о расположении объекта, о т л и ч а к шийся тем, что, с целью повышения точности регистрации, foкопроводящую петлю питают постоянпым током в интервале времени,превышаюшем время затухания вихревых токов и обьекте, предлагают питание токопроводящей петли, измеряют напряжение петли через интервал времени,рав ый времени переходного процесса в петле.и по этому напряжени1о определяют реакцию вихревых токов.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю ш k и i„= я тем,что перечисленны:е операпии повторяют трижды.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а Io m, и и с я тем, что измерение .:. апряжения петли повторяют.

4. Устройство для регистрации располо>кения движущихся металлических объектов, содержащее источник питания, пoJEE<:люченную к нему возбуждаюцую катушку индуктивности в виде гет ли. измерительную катушку индуктивности в виде петли, подключенный к ней усилитель и индикатор, о т л и— ч а:fo e e с я тем, что, источник

:7-итания выполнен в виде источника постояпнсго напряжения, усилитель выполпен с регулятором времени задержки, а устройство снабжено управляемы коммутатором„ включенным между источником питания и возбуждаюшей катушкой ипдуктивности и блоком управления, вход которого подключен к выходу усилителя,а первый выход — к индикатору, втopok=.: выход — к управляющему входу коммутаfopa, а третий выход — к входу задержки усилителя, 5. Устройство по п.4, о т л и ч аю щ = е с я тем, что опо снабжсно ограничителем тока, включенным параллельно возбуждающей катушке, 6. Устройство по пп. 4 и 5, о т

>1 и ч а ю д1 е е с я тем, что изме1>итал I пая кс1тушка индуктивности вы полпен а в в11де нескольких пе те; 1ь, 7. Устройство по пп, 4-6, с т л и

-1:с ш е е с я тем, что витки хотя бы о,>ной из петель измерительной катуйки индуктивности имеют направление намотки, противоположное направлению намотки остальных петель, 3246905

1246905

Составитель И, Кесоян

Техред Г.Гербер

Редактор -О. Юрковецкая

Корректор Л. Пилипенко

Заказ 4031/60 Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, ц, 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4