Способ регистрации расположения движущихся металлических объектов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН С 19) И) АЗ 511 4: С 01 Ч 3/ 065 0 Е ИЗОБРЕТЕНИ ПИС АТЕНТУ т(72) (53) Я. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССО ДЕЛЛМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(46) 23.07.86. Бюл. В 27 (71) Вилати Вилламош Аутоматика феваллалкозе Еш Дьярто Валлалат (НП)Карой Дюлк (НП)621.396.663:62 1.3.079(088.8) (56) Патент США У 3943339, кл. С 08 С 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 петлю питают импульсами постоянного тока, деятельность которых превышаевремя затухания вихревых токов вобъекте. Измеряют напряжение петличерез интервал времени, равный времени переходного процесса в петле, ипо этому напряжению, характеризующему реакцию вихревых токов, судят орасположении объекта. Устройство регистрации расположения движущихсяметаллических объектов содержит источник питания в виде источника постоянного напряжения, подключенную кнему возбуждающую катушку индуктивности в виде петли, измерительнуюкатушку индуктивности в виде петли,управляемый коммутатор, включенныймежду источником питания и возбуждающей катушкой, а также блок управления, служащий для управления токовыми цепями сравнения обработки сигналов и согласовани 2 с.п. ф-лы.5 з,п. ф-лы, 6 илИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для регистрации металлических объектов, например автомобилеи в потоке уличного движения, 5 трубопроводов или прочих обладающих электропроводностью объектов.Цель изобретения - повышение точности регистрации за счет использования абсолютного измерения индуктивности,На Фиг. 1 представлена схема устройства регистрации движущихся металлических объектов, в котором возбуждающая и измерительная катушка индуктивпости выполнены в виде общей петли, а регистрируемый объект изготовлен не из: ферромагнитного материала;на Фиг. 2 - схема возбуждающей и измерительной катушек индуктивности; наФиг. 3 - схема блока управления; нафиг.4 - вариант схемы с разделенным,блоком управления; на Фиг. 5 и 6форма наиболее простых компенсированных петель, образующих катушку индуктивности,Устройство содержит источник питания (не показан), выполненный в видеисточника постоянного напряжения,подключенную к нему возбуждающую катушку 1 индуктивности в виде петли, которая является также измерительнойкатушкой индуктивности, подключенныйк ней усилитель 2, выполненный срегулятором времени задержки (не показан), управляемый коммутатор З,вклю 35ченный между источником питания икатушкой 1 индуктивности, блок 4 управления. выход которого подключен квыходу усилителя 2, первый выход - к40индикатору (не показан), второй выход - к управляющему входу коммутатора 3, а третий выход - к входу задержки усилителя 2,В устройстве может быть использо 45ван ограничитель 5 тока, включенныйпараллельно катушке 1 индуктивности,Измерительная катушка 6 индуктивности может быть выполнена в виде нескольких петель, а направление намотки витков хотя бы одной из петерь из 50мерительной катушки 6 индуктивностиможет быть противоположным направлению намотки остальных петель. Возбуждающая катушка 1 индуктив ности и измерительная катушка 6 инцуктивности (Фиг, 2) могут быть выполнены раздельно. Блок 4 управления содержит регулируемый нестабильныймультивибратор 7, моностабильныймультивибратор 8, второй моностабильныймультивибратор 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, регулируемыйэлемент 19 генератора 18 тока и моностабипьный мультивибратор 20.Способ с помощью устройства регистрации,цвижущихся металлических объектов осуществляется следующим образом,Когда вблизи. петли катушки 1 индуктивности нет электропроводящегообъекта 21 при замкнутом коммутаторе3 петля подключена к источнику питания, Чтобы уменьшить потери, целесообразно ограничить ток только индуктивностью петли и омическим сопротивлением резистора 22.Этот ток создает в петле катушки1 магнитный поток ф.После размыкания коммутатора 3 магнитный поток Ф уменьшается до нуляв зависимости от определенногоограничителем 5 тока перегрузкй(переходный процесс самоиндукцииокончен) . После этого петля находится в состоянии покоя, значение напряжения на клеммах теоретически равнонулю. (Функции ограничителя 5 токаможет взять на себя один из другихблоков токовой цепи). Затем с-помощьюкоммутатора 3 петля подключается кусилителю 2, который от начала замыкания коммутатора 3 до окончания переходного процесса запирается блоком4 управления. Выход усилителя 2,снабженный интегрирующим помехозащитнымустройством, соединен с входом блокауправления. Кроме управления прочими токовыми цепями, блок 4 управления выполняет функции сравнения,об-работки сигналов и согласования,В соответствии с этим усилитель 2после окончания индуктивного переход-.ного процесса, когда задержка времени заканчивается, производит контрольизмеряемого на клеммах петли напряжения, обре.ботанного в преобразователе -усилителе 2.Учитывая, что напряжение практически равно нулю, блок 4 управлениявыцает на выход соответствующую логическую информацию, после чего изме 1246905репия повторяют с заранее установленной частотой.Если в зоне петли катушки 1 индуктивности находится электропроводящийобъект 21 (например, металлическийлист), процесс протекает следующимобразом.Часть Я, магнитного потока %, проникает в объект 21 (т,е. пересекаетего) со скоростью, зависящей от вихревых токов, возникающих в металлическом объекте 21.Продолжительность замыкания коммутатора 3 регулируется блоком 4 управления таким образом, что степеньподключения магнитного потока близкастатическому значению,После отключения коммутатора 3магнитный поток %, (который не пересекал объект 21) быстро прекращаетсятак же, как в предыдущем случае,Магнитный поток Р , проходящийчерез металлический объект 21, прекращается вследствие вихревых токовмедленноВследствие прекращения тока в петле магнитный поток Ч преобразуетсяв поле, и (так как теперь металлический объект представляет собой ужевозбуждающий элемент) через петлюкатушки 1 идет только часть Ч; магнитного потока %. Медленное снижение магнитного потока %, индуцируетпостоянного напряжение в петле, которое может быть зарегистрировано вовремя контрольных замеров.Таким образом, имеет место элементарный измерительный цикл, состоящий из трех стадий. Повторяя циклс 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, напримерпри 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 управленияне содержит микрокомпьютера 14, периодизмерения регулируется нестабильнымрегулируемым мультивибратором 7, вто время как отдельные промежутки времени и проведение контрольных замероврегулируются запускающими друг другамоностабильными мультивибраторами 8и 20, а также элементом 10 задержки.С помощью генератора 15 тока можно регулировать уровень сравнения,в то время как генератором 18 токаможно регулировать гистерезис, который имеет большое значение, в частности, при большом шумовом фоне.Период моностабильного повторноговключаемого в работу мультивибратора 9 длиннее, чем период нестабильного мультивибратора 7. Благодаряэтому обеспечивается постоянный уровень сигнала на выходе блока 4.Еслиблок 4 управления содержит микрокомпьютер, то последний может выполнятьфункции большинства показанных нафиг. 3 элементов. В шумной окружающейсреде микрокомпьютер может иметь несколько программ с коррекцией ошибок.В одном из вариантов изменение результатов измерения воспринимаетсятолько в том случае, если они сохраняются в течение по меньшей мере двухили трех периодов. В обоих укаэанныхвариантах микрокомпьютер 14 контролирует правильность изменения результата измерения за существенно меньшийпериод, чем период нормального измерения,При аналоговом измерении микроком 40пьютер может производить регулирование, например, эталонного уровня компаратора 13.Кроме вариантов, представленныхна фиг. 1 и 2, катушки индуктивности45могут быть реализованы по-другому.При расположении места сбора информации и подачи энергии далеко откатушки коммутация значительных токовкатушки связана с большими труднос 50 тями, В этом случае предусматривается локальный преобразователь энергии,благодаря чему в линии при высокомнапряжении может протекать низкийток.55 При далеко расположенных друг отдруга мест измерения функции блока 4управления распределяются на две части: часть блока управления, котораянеобходима для работы около катушек(фиг. 3 элементы 8. 20, 17, 10, 13и 16), располагается в самом блоке,а другая часть, производящая логическую обработку сигналов (на фиг. 3элементы 7, 9 и 14), располагается,например, в пункте сбора информацииили на центральном пульте,Систему, содержащу 1 о несколько 1 юькатушек индуктивности, можно выполнить так, чтобы центральная частьбыла общей для разделенного блока 11управления,Барчант устройства с разделеннымблоком управления имеет один или несколько каналов между частями блока,служащих для передачи снгналов, аТЯКжЕ ОЛОК СОГЛяСОВяНИя, 1 ь.анял (Каналы,ь используют отдельную жилу илижилу, с 11 ужащую для передачи энергии1 ь 111 ь 1, 4) эВариант выполнения закльочяется втом, что для подавления магнитных шумов окружающей среды катушка индук-25 чивности выполнены (на) в виде компенсированных петель (гетли)Наиболее простой вариант компенсированной петли представлен ца фиг.5 и 6, Петли такого типа наиболее при ,:О годны для подавления иги уменьшения магнитных помех, так как изменение меща 1 о 1 цего магнитного потока в элемента 1: ПЕТЛИ, цаМОтаННЬьк С ПрОТИВОПОЛОжным знаком,индуцирует напряжение проь тивоположного знака.,Папряжение, име 1 ощееся на клеммах петли, равно сумме напряжений отдельных элементов петли, т.е, напряжения противоположного знака вычитаютсяь 11 ьдруг из друга, Если степень изменения мешающегомагцитного потока в обоих намотаннь 1 хс противоположным знаком элементахпетли идентична помехи полностьюр-Фко:1 пенсируются.При этом ца обнаружение полезногосигнала от петли представленной формыоказывается лищь незначительное влияние,Форьмула изобретения1, Способ регистрации расположени движущихся металлических объекЗг тов, заключающийся в том, что с помо.цью токопроводящей петли в объекте возбу 55 ьдакьт вихревые токи, регистрируют реакцию вихревых токов и по ней с-1 ят о расположении объекта, о т л и ч а кь щ и й с я тем, что, с полно повышения точности регистрации, токоцравсдящую петлю питают постоянпым током в интервале времени,превыщапощем время затухания вихревых токовв обьекте, предлагают питание токопроводящей петли, измеряют напряжение петли через интервал времени,равный времени переходного процесса впетле.и по этому напряжениЮ определяют реякц 1 по вихревых токов,2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем,что перечисленные опе"рации повторяют трижды.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что измерение.:.ьапряжения петли повторяют,4. Устройство для регистрации расположения движущихся металлическихобъектов, содержащее источник питания, под 1 ь:1 воченную к нему возбуждаюЩьУ 1 О КЭТУЩКУ ИНДУКтИВНОСтИ В ВИДЕ ПЕтли, измерительную катушку индуктивности в виде петли, подключенный кней усилитель и индикатор, о т л и -ч а 1 о щ е е с я тем, что, источникпитания выполнен в виде источника постояннсго напряжения, усилитель выполпен с регулятором времени задерхьки, а устройство снабжено управляе 1 ьц 1 коммутатором включенным между источником питания и возбуждаювдей катушкой ипдуктивности и блоком управления, вход которого подключен к выходу усилителя,а первый выход - к индикатору, второй выход - к управляющему входу коммутатора, а третий выход - к входу задержки усилителя. 5. Устройство по п,4, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно снабжсно ограничителем тока, включенным паряллель 1 ьо возбуждающей катушке,6, Устройство по пп. 4 и 5, о т л и ч я кь о 1 е е с я тем, что измернтол 1:Наь К 11 ТУШ 1 ь:Я ИНДУКТИВНОСТИ ВЫ полпеця в виде нескольких пете;.ь,7, Устройство по пп, 4-6, с т л и:. ю щ о е с я тем, что витки хотя бы очной из петель измерительной катуьььки индуктивности имеют направление намотки, противоположное направлению намотки остальных петель, 32469051246905 Ц иг.б Составитель И, К Техред Г .Гербер едактор О. Юрковецка Корректор Л. Пилипенко Заказ 4031/6 0 Тираж 728 П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб , ц, 4