Импульсный вихретоковый металлоискатель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(53)М. Кл. 601 Ч 3/10 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 15,07.80(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ 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 03В указанных устройствах используется амплитудно-импульсный метод выделения полезного сигнала из переходного процесса, индуцированного в 15 приемной катушке вторичным электромагнитным полем вихревых токов и соб"ственной энергией, запасенной в катушке после окончания действия возбу" ждающего импульса тока. 2 ОНаличие в этих устройствах аналоговых функциональных звеньев (фильтров, усилителей постоянного и переменного тока и т.д,) снижает временную и температурную стабильность укаэанных устройств, а также не позволяет реализовать максимальную чувст вительность приборов из-за 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, пред- усилитель, два электронных ключа, дифФеренциальный интегратор, усили- тель 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 сббтветствующим выходам генератора стробирующих импульсов, а выход каждого ключа соединен с соответствуюшим входом дифференциальногоинтегратора (2.В этом детекторе металла регистра. ция наличия металлического предметав зоне контроля осуществляется путем измерения амплитудного значения сигнала, наведенного 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, опре 10 деляется генератором стробирующих импульсов, синхронизированным от генератора импульсов возбуждения, а время измерения (или длительность открывания ключей) определяется длительностью стробирующих импульсов. Таким образом,на одном из входов дифференциального интегратора появляет 20 ся импульс, уровень которого соответствует амплитуде полезного сигнала, осложненного сигналами помехи, а на втором входе - импульс, соответствующий уровню сигнала помехи, поскольку задержка на включение второго ключа выбрана в несколько раз превышаю-.щей время полного затухания полезно-.го сигнала. В результате на выходе"дифференциального 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. 40 что импульсный вихретоковый металлоискатель 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 имйульса и второму входу блока индикации,а выход = ко второму входу триггера.На фиг.1 представлена блок-схемапредлагаемого импульсного вихретокобО вого металлоискателя; на фиг.2 - . эпюры напряжений на различных элементах блок-схемка в отсутствие металлическо Цель изобретейия - повышение"чувствйтельности и помехозащищенности металлоискателя. 50Поставленная цель достигается тем,го предмета; на Фиг.3 - при наличииметаллического предмета; на фиг.4приведен вариант исполнения электрической схемы блока индикации.Устройство содержит генератор 1импульсов, вихретоковый преобразователь 2, ограничитель 3, компаратор 4,формирователь 5, например, триггерШмитта, одновибратор 6, триггер 7 сраздельным запуском, блок 8 индикации, измерительный каскад 9 блока индикации, зарядный конденсатор 10,транзисторные ключи 11 и 12.Устройство работает следующим образом.Первичное полевозбуждается катушкой вихретокового преобразователя 2,питаемой импульсами тока, Формируеьими генератором 1 импульсов (фиг.1),В результате взаимодействия неустановившегося первичного поля с металлическим предметом, находящимся в зонеконтроля, возбуждается вторичное полевихревых токов, наведенных в металле, которое в свою очередь, индуцирует сигнал в вихретоковом преобразователе 2.Постоянная времени Гб, и форма переходного процесса (фиг.2 а), вызванного резким изменением тока в источнике поля - вихретоковом преобразователе определяется при отсутствииметалла в зоне контроля только собственными параметрами катушки вихретокового преобразователя (индуктивностью, активным сопротивлением, добротностью),При наличии металла в зоне контроля длительностьпереходного 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 У, соответствующей полярности (Фиг.1 и 2 б) . На выходе компаратора вырабатывается импульс напряжения, длительность которого определяется моментами равенства напряжений на входах компаратора. Поскольку сигнал с вихретокового преобразователя представляет собой медленно"изменяющуюся величину (закон затухания, близкий к экспоненцимьному) при малых уровнях опорного напряжения 0., задний Фронт импульса компаратора Цщ ( 1 ) получа- . ется затянутым (фиг.2 в), Для формирования крутых фронтов этого импуль.са к выходу компаратора 4 подключенформирователь 5, с выхода которого сформированный импульс l () поступает на один из входов триггерас раздельным запуском 7. На второйвход триггера 7 подается импульс04 е ( ) одновибратора 6, эапускаемогзадним фронтом импульса Увп () ге" нератора 1 импульсов. Длительностьимпульса ,ов одновибратора 6 выби/рается равной или немного меньшей1 Одлительности импульса С ф на выходеформирователя 5 при отсутствии металла в зоне контроля (фиг.2 г и д) . Запуск триггера осуществляется заднимифронтами поступающих на его входы импульсов.15При отсутствии металлических предметов в зоне контроля на выходе триг.гера импульс напряжения Овэ ( ) ли бо отсутствует (при равенстве длительностей импульсов одновибратора 7 об 20и формирователя т.фт.е. при одновременной подаче запускающих импульсов на входы), либо имеет минималь"(фиг2 е) 25При попадании металлического пре дмета в зону контроля длительностьпереходного процесса Г на катушкевихретокового преобразователя увеличивается и соответственно растет дли- З 0тельность импульса на выходах ограничителя, компаратора и формирователя,что, в свою очередь, приводит к увеличению длительности импульса на выходе триггера (фиг.3 б-е) . 35С игн ал определен ной длительности,зависящей от наличия или отсутствияметаллических предметов в зоне контроля, с выхода триггера 7 подается наблок индикации, выполненный, например, на базе транзисторного ключа 11с зарядным конденсатором 10 и содержащий измерительный каскад 9 с высокимвходным сопротивлением (фиг.4) . Величина напряжения заряда Осрр ()конденсатора 10 Ииг, 2 ж) пропорциональна длительности импульса сигналаи, благодаря большой постоянной вре"мени разряда запоминается до следующего такта измерения.В результате на вход измерительного каскада 9 подается практическипостоянное напряжение, пропорциональное длительности импульса сигнала.Перед началом очередного такта иэ"мерения конденсатор 10 разряжается 55путем подачи импульса (( 1) 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 металло- искатель, содержащий вихретоковый преобразователь, подключенный к генератору импульсов, и блок индикации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и помехозащищенности он снабжен последовательно соединенными ограничителем, компаратором, формирователем и триггером с раздельным запуском вклю- ченными 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 экспертизеЗаявка Великобритании 91011604 1 Мопублик. 1970.Заявка Великобритании 91315684 1 Йопублик. 1973 (прототип) . Принудительный разряд конденсатора перед началом каждого цикла измерения позволяет значительно повысить -: быстродействиеиндикации, 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.74 В 319Ерш а Тираж 649 Подп ЦНИИПИ Государственного комитет по делам иэобретений и откры 035, Москва, Ж, Раушская наакаэ 4353/ ное ССС 4/5 ужгород, Пате филиал оектная Составитель С.РыжихГорват ТехредА, Щепанская Корректор С.Шек р