Устройство для учета движущихся объектов

 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, основанным на использовании свойств фи-. зических полей. Устройство помимо учета числа объектов и направления их движения позволяет определить положение объекта в зоне контроля. Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения, преобразователь 2 напряжения в ток, формирователь 3 импульсов, делитель 4 частоты , регистр сдвига, ключи 6, 8, 9, 11, 26 и 27, электродные датчики 7 и 10, амплитудный селектор 12, коммутатор 13, фильтры 14-16 нижних частот , дифференцируюцц1е элементы 17-18, компараторы 20-22, элементы неравнозначности 23, 24, элемент задержки 25, триггер 29, регистратор 32, интеграторы 30, 31, блок 33 аналогового деления, генератор 28 постоянного тока и индикатор 34, 4 ил. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)4 С 06 M 11 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3962912/24-24 (22) 08.!О ° 85 (46) 23.04.87. Бюл. № 15 (71) Гродненский государственный медицинский институт (72) Е.Я .Лукашик, И.М.Бертель, H.Н.Забелин и С;А.Ремша (53) 621.374.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1012292, кл. 3 06 М 11/02, 1979.

Авторское свидетельство. СССР № 123)522, кл. С 06 M ll/02, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЧЕТА ДВИЦУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, основанным на использовании свойств физических полей. Устройство помимо

„„su„„ iaosvso A1 учета числа объектов и направления их движения позволяет определить положение объекта в зоне контроля.

Устройство содержит генератор l переменного напряжения, преобразователь 2 напряжения в ток, формирователь 3 импульсов, делитель 4 частоты, регистр сдвига, ключи 6, 8, 9, 11, 26 и 27, электродные датчики

7 и 10, амплитудный селектор 12, коммутатор 13, фильтры 14-16 нижних частот, дифференцирующие элементы 17-18, компараторы 20-22, элементы неравнозначности 23, 24, элемент задержки

25, триггер 29, регистратор 32, интеграторы 30, 31 блок 33 аналогового деления, генератор 28 постоянного тока и индикатор 34. 4 ил.

1305740

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, основанным на использовании свойств физических полей, в частности к электронносчетнорегистрирующим устройствам, устройствам определения направления движения и местоположения, и может быть использовано с преимуществом в полупроводящих и водных средах для контроЛя движущихся объектов живой и неживой природы.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности определения местоположения объ- 15 екта в зоне контроля.

На фиг.l представлена структурная схема устройства для учета движущихся объектов; на фиг.2 и 3 — эпюры напряжения устройства; на фиг.4 электродная система датчиков с объектом.

Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения, преобразователь 2 напряжения в ток, формирова25 тель 3 импульсов, делитель 4 частоты, регистр 5 сдвига, первый ключ 6, первый электродный датчик 7, третий и второй ключи 8 и 9, второй электродный датчик 10, четвертый ключ 11, амплитудный селектор 12, коммутатор

13, первый, второй и третий фильтры нижних частот 14-16, первый, второй и и третий дифференцирующие элементы

l7-19, первый, второй и третий компараторы 20-22, первый и второй элементы 23 и 24 неравнозначностк, элемент 25 задержки, пятый и шестой ключи 26 и 27, генератор 28 постоянного тока, триггер 29, первый к вто- 40 рой интеграторы 30 к 31, регистратор

32., блок 33 аналогового деления, индикатор 34 °

l1a фкг.4 изображено расположение электродов 35 и 36 датчика 7 к электродов 37 и 38 датчика 10.

Электроды первого и второго датчиков 7 и 10, выполненные в виде проводящих стержней, могут быть одинаковой длины и сгруппированы по парам, Если в вершинах плоского прямоуголь ника восстановить перпендикуляры к плоскости, то перпендикулярам соответствует расположение двух пар протяженных электродов в пространстве.

Большая сторона прямоугольника определяет расстояние между электродамк в каждой паре. Это расстояние выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие образования квазистаткческога плоскопараллельного поля между электродами в каждой аре при подаче на них переменного напряжения.

Расстояние между электродами в каждой паре должно быть значительно меньше длины волны зондирующего сигнала.

Генератор 1 служит для создания зондирующегс скгнала синусоидальной формы. Генератор может быть выполнен по известным схемам на операционном усилителе с мостом Вина. Нижняя частота гармонического сигнала генератора должна быть на порядок выше максимально воз-можной радиальной скорости прохождения объектом промежутка между электродами, а .верхняя частота определяется условиями затухания сигнала в данной среде °

Преобразователь 2 предназначен для стабилизации тока через электродные нагрузки датчиков 7 и 10, что позволяет получить линейную зависимость между изменением междуэлектродной проводимости датчиков и приращением напряжения на нкх, и тем самым обеспечивает повышенную чувствительность измерительной части устройства.

Формирователь 3 служит для формирования прямоугольньг импульсов из гармонического сигнала, поступающего с выхода генератора 1.

Делитель 4 частоты предназначен для деления частоты исходного сигнала. Поскольку в предложенном устройстве реализуется временной принцип разделения между тремя измерительными каналами (первый канал измеряется проводимость между электродами 35 и 36, второй — между электродами 37 и 38, третий — между электродами 35 и 38), то оптимальный коэффициент деления равен 6 (фиг.4), При этом проводимость одного канала измеряется за два периода зондирующего сигнала (фиг.2), Регистр 5 сдвига предназначен для формирования управляющих сигналов для коммутации электродных нагрузок датчиков 7 и 10 и коммутатора 13.

С первых его трех выходов поступают прямые сигналы управления, а < четвертого и пятого — инверсные по отношению состветственно к второму и третьему выходам (фкг.2, эпюры 5 -е).

Регистр сдвига — трехразрядный и мо1305740 рах.

Ключи 6 и 8,,9 и ll, 26 и 27 предназначены для коммутации аналоговых сигналов. Ключи 6 и 8, 9 и 11 служат для коммутации электродных нагрузок. Коммутатор 13 служит для коммутации сигнала с селектора 12 синхронно коммутации электродных нагрузок. Ключи 26 и 27 предназначены для 10 подключения сигнала с выхода генератора 28 к входу интеграторов 30 и 31 (фиг.3 эпюры S †)).

Пары электродов датчиков 7 и 10 служат для создания в зоне контроля 15 трех квазистатических полей на пути прохождения объектов. К каждой паре электродов, лежащих в одной плоскости, можно восстановить перпендикулярно к плоскости ось симметрии. 20

В пространстве оси симметрии обеих пар электродов совпадают и ориентированы по направлению движения объектов, а сами электроды строго параллельны друг другу между парами.

Такое расположение электродных пар можно определить, как установление их в пространстве соосно. В качестве электродов могут быть использованы провода, трубы, протяженные плас- 30 тины с произвольным изгибом по своей длине.

Селектор !2 имеет зону нечувствительности и его применение обусловлено тем, что объект вызывает малую 35 глубину модуляции зондирующего сигнала, поэтому для увеличения чувствительности необходимо вырезать неи 11

I информативную часть сигнала. Селектор 12 может быть реализован на ос- 40 нове операционного усилителя по известной схеме с диодами в цепи обратной связи.

Генератор 28 предназначен для стабилизации тока заряда емкостей интеграторов 30 и 31, что обеспечивает высокую точность интегрирования и -. . тем самым прецизионность преобразования временного интервала в амплитуду. Использование генератора 28, ключей 26 и 27 обусловлено тем, что непосредственная подача сигналов с выходов элементов 23 и 24 неравно-. значности на входы интеграторов 30 и 31 приводит к значительной погреш- ности преобразования интервала вамплитуду из-за ненулевого уровнялогического нуля элементов 23 и 24. Генератор 28 может быть реализован о известным схемам на основе операцион» ного усилителя. жет быть реализован на двух тригге\

Фильтры 14-16 нижних частот предназначены для выделения низкочастотного информационного сигнала, который возникает из-за модуляции объектом междуэлектродной проводимости (фиг.3, эпюра д ). Постоянная времени 50 выбирается такой, чтобы усреднить величину сигнала, поступающего с выхода селектора 12 через коммутатор

13. Фильтры идентичны по электрическим параметрам и могут быть, например, фильтрами Чебьппева шестого порядка, выполненными на основе операционных усилителей.

Дифференцирующие элементы 17-19 формируют сигнал, представляющий собой производную от функции изменения междуэлектродной проводимости. Постоянная времени их должна быть порядка времени прохождения объекта между парами электродов датчиков 7 и 10. В качестве элементов 17-19 могут использоваться дифференциаторы на основе операционного усилителя.

Компараторы 20-22 предназначены для формирования сигнала постоянной амплитуды при достижении низкочастотньи информационным сигналом экстремального значения. В качестве компараторов могут использоваться компараторы с гистерезисом, у которых уровни включения и выключения сим— метричны относительно нуля, например триггеры шмидта» выполненные íà операционных усилителях.

Элементы 23 и 24 неравнозначности служат для выполнения логической операции ИСКЛ!ОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, т.е. для выделения задержки достижения операционным сигналом экстремального значения одного измерительного канала по отношению к другим (фиг.3, эпюры о» 5 ).

Элемент 25 задержки предназначен для задержки логического сигнала на время, необходимое для обеспечения синхронизации работы триггера 29.

Триггер 29 служит для формирования сигнала постоянной амплитуды, логический уровень которого однозначно связан с направлением движения объекта. В качестве триггера может использоваться D-триггер.

1305740

Интеграторы 30 и 31 предназначены для преобразования временного интервала в амплитуду (фиг.3, эпюры Я -g).

Интеграторы могут быть реализованы на операционных усилителях по известным схемам.

Регистратор 32 предназначен для индикации результата определения направления движения объекта.

Блок 33 предназначен для выполне- 10 ния операций деления над двумя аналоговыми сигналами, т.е. для вычисления значения параметра, определяющего местоположение объекта в зоне контроля. Блок 33 может быть реа- 15 лиЗован на базе интегральных перемножителей.

Индикатор 34 предназначен для индикации результата определения местоположения объекта в зоне контроля. 20

В качестве него может использоваться любой стандартный вольтметр.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает гармонический сигнал, который подается на преобразователь 2 и формирователь 3, который, в свою очередь, формирует сиГнал в виде прямоугольных импульсов (фиг.2, эпюра a )), Этот сигнал 30 подается на вход делителя 4 частоты, и После деления поступает на вход трехразрядного регистра 5 сдвига.

На прямых выходах (первые три выхода — фиг.2, эпюры о, 5,< ) Регистра 35 появляются сигналы, сдвинутые во времени на величину двойного периода зондирующего сигнала, то же происходит и иа инверсных четвертом и пятом выходах (фиг.2, эпюры, e ).

Сигналы с выходов регистра 5 служат для управления ключей 6, 8 и 9, ll и коммутатора 13, причем одновременно могут быть открыты только два ключа (t,-tz — ключи 6 и 11, t„ — t, — ключи 6 и 8, t — t< — ключи и ll) с синхронным переключением трех ключей коммутатора 13 (t< -t —

3-й вход t — t — 2-й вход г 3 э 50

l-й вход) (фиг.2, эпюры Š— e ) . Таким образом, в предложенном устройстве реализуется принцип временного разделения. При этом между электрод;и.i>i 35-38 в каждом датчике попеременно 1зо времени (tz t 3 электРОДы

35 и 36, tз-t — электроды 37 и 38)

l1 ll образуются параллельные поля шторы

lI II и дополнительная штора в промежуTDY, времени 1,-Г между электродами 35 и 38, которая находится поц

II и углом к параллельным шторам (фиг.4, "шторы" показаны пунктирными линиями, соединяющими электроды). В силу близости источников три электрических поля практически перекрывают одну и ту же контролируемую область, поэтому токи, протекающие в каждой электродной паре, 35 и 36, 37 и 38, 35 и 38, равны друг другу при отсутствии обьектов.

При прохождении объекта в зоне контроля изменяется междуэлектрадная проводимость, приращение которой пропорционально приращению напряжения на электродных нагрузках при стабиль— ном токе, неизменность которого в электродных нагрузках при стабильном токе обеспечивается преобразователем 2. Сигнал, соцержаший информацию об изменении проводимости в электродных парах, усиливается селектором 12 с зоной нечувствительности, в резуль— тате чего увеличивается относительная глубина амплитудной модуляции.

Сигнал с селектора 12 подается на коммутатор 13, который выделяет сигналы об изменении проводимости в соответствующей электродной паре. Коммутация пятого коммутатора 13 осуществляется синхронно с коммутацией электродных пар, причем на фильтр 14 нижних частот подается сигнал об изменении проводимости электродной пары

37-38, на фильтр 15 — 35-36, на фильтр 16 — 35-38.

Фильтры 14-16 выделяют низкочастотный информационный сигнал, вызванный прохождением объекта, при этом в силу пространственной Рассредоточенности электродных пар изменение проводимости будет осуществляться с задержкой одной электродной пары по отношению к другим (фиг.3, эпюра с1 ).

При движении объекта, показанного на фиг.4 стрелкой, изменяется проводимость в электродных парах (кривая 1, в электродной паре 35 и 36, кривая 2, в электродной паре 35 и 38, кривая 3, в электродной паре 37 и 38), (фиг.3, эпюра g ) .

Дифференцирующими элементами 1719 компараторами 20 — 22 совместно с элементами 20 и 24 неравнозначности выделяется относительная задержка достижения низкочастотным сигналом экстремальных значений. На выходе

7 1305740 элемента 23 выделяется сигнал о за держке 61: в параллельных шторах т.е. между парами электродов 35, 36 и 37, 38 (фиг.3, эпюра и ), а на выходе элемента 24 — n задержке bt между парами электродов 35, 36 и

37, 38 (фиг.3, эпюра 5 ). Из геометрических построений (фиг.4, эпюра g ) видно, что

d x

bt

Ьх

bto О бх

6хо

Ь х = const. о если dx = 1, то dx

Местоположение объекта в зоне контроля однозначно определяется отношением задержек gt u причем это соотношение остается справедлимым для входа объекта под углом в зону контроля, так как. (фиг.4Б) Ьх

6 хо

6Х Вt

6х, 6Е

h,t

Для вычисления отношения -- — ис6 о пользуется предварительное преобразование временных интервалов (задержек) 6 и d г, в амплитуду, для чего сигнал с генератора 28 подается через ключи 26 и 27 соответственно на время о t u dt на входы интеграторов 30 и 31 (фиг.3, эпюры о - ).

С выходов интеграторов 30 и 31 аналоговые сигналы поступают на соответствующие входы блока 33, который вычисляет их отношение, и тем самым определяется местоположение объекта в зоне контроля (фиг.3, эпюра

bt

8). Очевидно, отношение — — в серебро дине зоны контроля равно 0,5; в верхнем положении О, в нижнем — (фиг.4)

Индикация результата определения относительного местоположения объекта осуществляется индикатором 34.

Определение направления движения объекта происходит путем сопоставления фазы импульсов dt и бС, если они начинаются одновременно, то триггер 29 будет через элемент задержки устанавливается в единичное состояние, что будет соответствовать направлению движения, показанному на фиг.4, при противоположном направлении триггер 29 установится в нулевое состояние.

Формула изобретения

f0 l5

25 держки, выход которого подключен к первому входу триггера, выход которого соединен с входом регистратора, второй выход коммутатора через последовательно соединенные вторые фипьтр нижних частот, дифференцирующий элемент и компаратор подключен к второму входу первого элемента неравнозначности и к первому входу второго

Устройство для учета движущихся объектов, содержащее генератор переменного напряжения, выход которого через формирователь импульсов соединен с входом делителя частоты и непосредственно — с входом преобразователя напряжения в ток, выход которого подключен к входам амплитудного селектора и первого, второго ключей, выходы последних соответственно через первый и второй электродные датчики соединены с входами третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены с общей шиной питания преобразователя напряжения в ток, дифференцирующий элемент, компаратор, четвертый и пятый ключи, выход первого из которых подключен к входу первого интегратора, и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем определенйя местоположения объекта в зоне контроля, в него введены коммутатор, фильтры нижних частот, дифференцирующие элементы, компараторы, элементы неравнозначности, элемент задержки, триггер, генератор постоянного тока, второй интегратор, блок аналогового деления, индикатор и регистр сдвига, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого, четвертого, второго и третьего ключей, выход делителя частоты подключен к входу регистра сдвига, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, выход амплитудного селектора подключен к входу коммутатора, первый выход которого через последовательно соединенные первые фильтр нижних частот, дифференцирующий элемент и компаратор подключен к первому входу первого элемента неравнозначности, выход которого соединен с управляющим входом пятого ключа и с входом элемента за1305740 элемента неравнозначности, выход которого соединен с вторым входом триггера и с управляющим входом шестого ключа, выход которого подключен к входу второго интегратора, третий выход коммутатора через последовательно соединенные третьи;фильтр нижних частот, дифференцирующий элемент и

I компаратор подключен к второму входу второго элемента неравнозначности, выход генератора постоянного тока соединен с входами пятого и шестоФ

ro ключей, выходы интеграто ров через блок аналогового деления подключены к входу индикатора.

1305740

Q B J7

Ж 38

Составитель Г,Усачев

Техред Л.Сердюкова Корректор Е.Рошко

Редактор В.Данко

Заказ 1455/49 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Yæãîðîä, ул.Проектная, 4

I(Ii

1

l ! (