Металлообнаружитель

 

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. Сущность изобретения: металлообнаружитель содержит датчик в виде катушки индуктивности, включенной в колебательный контур автогенератора электрических колебаний, сравнивающее устройство и задатчик установки, в устройство дополнительно введены измерительно-вычислительное устройство, триггерный делитель частоты и тестовая катушка. Датчик выполнен в виде двух встречно включенных секций, разнесенных на определенное расстояние друг от друга. Тестовая катушка расположена в плоскости, параллельной плоскости основных катушек, и удалена от основных катушек на расстояние радиуса основной катушки датчика в направлении, противоположном зоне обнаружения. Выводы тестовой катушки подключены к ключу, управляющий вход которого через триггерный делитель частоты соединен с выходом автогенератора. Технический результат: увеличение дальности обнаружения. 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, N 1, с. 49, Нечаев И. Металлоискатель на микросхеме. - Радио, 1987, N 1, с.49., а.с. СССР N 1260902, МКИ G 01 V 3/08, Металлообнаружитель. А. П. Волгарев, Н. Я. Кравченко (СССР), N 3936240/40-36; заявл. 29.04.85; опубл. 30.09.86, Бюл. N 36), содержащие датчик в виде катушки индуктивности, подключенной к колебательному контуру автогенератора гармонических колебаний, и схему индикации девиации частоты генерируемых колебаний, возникающей 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.

От этого недостатка частично свободно устройство(а.с. РФ N 2098848, MKИ G 01 V 3/08, 1997), являющееся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению. Оно содержит датчик в виде катушки индуктивности, включенный в колебательный контур автогенератора гармонических колебаний, работающего в режиме, близком к критическому, и имеющего отрицательную обратную связь по амплитуде генерируемых колебаний, в контур которой включен интегрирующий фильтр, детектор, вход которого через буферный усилитель подключен к выходу автогенератора, а выход - через интегрирующие фильтры с резко отличными постоянными времени подключен к входам компаратора, выполненного в виде дифференциального усилителя, исполнительное и сигнальное устройства, причем датчик металлообнаружителя выполнен в виде двух встречно включенных секций, разнесенных на определенное расстояние друг от друга, а в схему металлообнаружителя дополнительно включены амплитудный дискриминатор и нормализатор импульсов, схема задержки и схема совпадений, причем вход амплитудного дискриминатора и нормализатора импульсов подключен к выходу дифференциального усилителя, а выход - к первому входу схемы совпадений и входу схемы задержки, выход которой подключен ко второму входу схемы совпадений.

Основными недостатками этого металлообнаружителя являются динамический принцип действия, требующий непрерывного движения обнаруживаемых металлических тел и недостаточная защищенность по отношению к внешним электромагнитным помехам, что затрудняет использование устройства при наличии сильных электромагнитных помех и снижает предельную дальность обнаружения мелких металлических тел. Влияние внешних помех обусловлено тем, что две секции датчика разнесены в пространстве, поэтому ЭДС в них не равны друг другу, следовательно, остается разность ЭДС, влияющая на частоту автогенератора.

В основу изобретения поставлена задача - увеличить дальность обнаружения мелких металлических тел и устранить ложные срабатывания, вызываемые наличием помехи, соизмеримой с уровнем сигнала, при обеспечении возможности работы в статическом режиме.

Решение указанных задач достигается тем, что в металлообнаружитель, содержащий датчик в виде катушки индуктивности, включенной в колебательный контур автогенератора электрических колебаний, причем датчик у металлообнаружителя выполнен в виде двух встречно включенных секций, разнесенных на определенное расстояние друг от друга, сравнивающее устройство и задатчик уставки, и устройство индикации, причем в металлообнаружитель дополнительно введены измерительно-вычислительное устройство, триггерный делитель частоты и тестовая катушка, расположенная в плоскости, параллельной плоскости двух встречно включенных секций катушки индуктивности, и удаленная от двух встречно включенных секций катушки индуктивности на расстоянии радиуса секций основной катушки индуктивности датчика в направлении, противоположном зоне обнаружения, выводы тестовой катушки подключены к ключу, управляющий вход которого через триггерный делитель частоты соединен с выходом автогенератора, а вход измерительно-вычислительного устройства соединен с выходом триггерного делителя частоты, причем выход измерительно-вычислительного устройства через сравнивающее устройство соединен со входом устройства сигнализации, а второй вход сравнивающего устройства соединен с задатчиком уставки, причем в измерительно-вычислительном устройстве его вход соединен со входами инвертора, устройства управления и одной из двух схем совпадения, а выход инвертора соединен со входом второй схемы совпадения, причем вторые входы обеих схем совпадения объединены и соединены с выходом генератора, а выходы обеих схем совпадения соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, вход установки нуля реверсивного счетчика соединен с одним из двух выходов устройства управления, а второй выход устройства управления соединен со входом управления записью запоминающего устройства, вход данных последнего соединен с кодовым выходом реверсивного счетчика, а выход запоминающего устройства является выходом измерительно-вычислительного устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых элементов: измерительно-вычислительным устройством, триггерным делителем частоты, тестовой катушкой 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 металлообнаружителях не применяются тестовые катушки предлагаемого типа. Однако в предлагаемом устройстве имеются триггерный делитель частоты, измерительно-вычислительное устройство, сравнивающее устройство и задатчик уставки, применение которых известно. Но в предлагаемом устройстве триггерный делитель частоты и измерительно-вычислительное устройство формируют сигналы, пропорциональные тестовым приращениям частоты, что ранее не реализовывалось в известных устройствах и что приводит к улучшению параметров металлообнаружителя, а также позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена функциональная схема металлообнаружителя. На фиг.2 показана схема измерительно-вычислитительного устройства. На фиг.3 показаны зависимости относительных приращений частоты автогенератора без тестовой катушки от дальности обнаружения металлических объектов и относительных изменений тестовых приращений частоты.

Предлагаемый металлообнаружитель содержит автогенератор 1, датчик, выполненный в виде двух встречно включенных секций 2, разнесенных на определенное расстояние друг от друга, тестовую катушку индуктивности 3, ключ 4, триггерный делитель частоты 5, измерительно-вычислительное устройство 6, сравнивающее устройство 7, задатчик уставки 8, устройство сигнализации 9.

Устройство работает следующим образом. Автогенератор 1 формирует периодические колебания напряжения, частота которых зависит от параметров датчика, выполненного в виде двух встречно включенных секций 2, разнесенных на определенное расстояние друг от друга. При появлении металлических тел в зоне обнаружения в катушках датчика создается вносимое сопротивление, которое изменяет параметры колебания контура автогенератора 1, за счет чего изменяется частота выходного сигнала автогенератора 1. Частота выходного сигнала автогенератора делится в некоторое количество раз в триггерном делителе частоты 5 и его выходной сигнал управляет ключом 4, замыкающим тестовую катушку 3. Если тестовая катушка 3 разомкнута, то частота выходного сигнала автогенератора 1 зависит от параметров колебательного контура, наличия металла в зоне обнаружения, помех и нестабильности автогенератора 1. Если тестовая катушка 3 замкнута, то частота автогенератора 1 зависит от вышеперечисленных параметров и от параметров тестовой катушки 3. При периодическом замыкании и размыкании тестовой катушки 3 происходит синхронное изменение частоты выходного сигнала автогенератора 1. Сигнал с автогенератора 1 подается на вход измерительно-вычислительного устройства 6, выполненного по схеме, изображенной на фиг.2, которое работает следующим образом. В течение первого полупериода сигнала, поступающего с триггерного делителя частоты 5 через инвертор 10 на логический элемент 11 и непосредственно на логический элемент 12, счетные импульсы с генератора 14 поступают через логический элемент 2И-НЕ 11 на суммирующий вход реверсивного счетчика 13. В конце первого полупериода в счетчике 13 формируется код, пропорциональный частоте автогенератора 1, при замкнутой тестовой катушке индуктивности 3. В течение второго полупериода выходного сигнала счетные импульсы с генератора 14 поступают через логический элемент 2И-НЕ 12 на вычитающий вход счетчика 13. Таким образом, в течение второго полупериода код в счетчике убывает, и к концу второго полупериода выходного сигнала триггерного делителя частоты 5 на выходе счетчика 13 формируется разностный код, пропорциональный разности частот автогенератора 1 при замкнутом и разомкнутом состоянии тестовой катушки индуктивности 3. Управляющее устройство 15 формирует сигнал разрешения записи в запоминающее устройство 16 и после произведения записи, формирует сигнал установки нуля счетчика 13. Входным сигналом для управляющего устройства 15 является входной сигнал измерительно-вычислительного устройства 6.

Цифровой код разности частот поступает на 1 вход сравнивающего устройства 7, которое сравнивает полученный код с заданным кодом задатчика уставки 8. Если цифровой код разности частот превышает установленный задатчиком уставки 8 код, то устройство сигнализации 9 дает (оператор) сигнал о наличии металлического объекта.

Эксперименты, проведенные авторами показывают, что относительные изменения тестовых приращений частоты автогенератора в 6 раз превышают относительные изменения частоты автогенератора без тестовой катушки (см.фиг.3) Таким образом, получается, что применение тестовой катушки позволяет повысить чувствительность к обнаружению металлических тел в 6 раз по сравнению с металлообнаружителями без тестовой катушки. Кроме того, за счет вычитания двух результатов изменения частоты близких по времени уменьшается влияние внешних стационарных помех, нестабильности автогенератора и измерителя временного интервала.

Формула изобретения

Металлообнаружитель, содержащий датчик в виде катушки индуктивности, включенной в колебательный контур автогенератора электрических колебаний, причем датчик у металлообнаружителя выполнен в виде двух встречно включенных секций, разнесенных на определенное расстояние друг от друга, сравнивающее устройство, задатчик уставки и устройство сигнализации, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены измерительно-вычислительное устройство, триггерный делитель частоты и тестовая катушка, расположенная в плоскости, параллельной плоскости двух встречно включенных секций катушки индуктивности, и удаленная от двух встречно включенных секций катушки индуктивности на расстоянии радиуса секций основной катушки индуктивности датчика в направлении, противоположном зоне обнаружения, выводы тестовой катушки подключены к ключу, управляющий вход которого через триггерный делитель частоты соединен с выходом автогенератора, а вход измерительно-вычислительного устройства, формирующего цифровой код разности частот автогенератора при замкнутом и разомкнутом состоянии ключа, подсоединенного к выходам тестовой катушки, соединен с выходом триггерного делителя частоты, причем выход измерительно-вычислительного устройства через сравнивающее устройство соединен со входом устройства сигнализации, а второй вход сравнивающего устройства соединен с задатчиком уставки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3