FI72632C

FI72632C - Elektrostatisk skaermad ledarenhet.

Info

Publication number: FI72632C
Application number: FI801932A
Authority: FI
Inventors: Valentino Francesco Vescovi; Arthur Wilkie Richards
Original assignee: Sphere Invest
Priority date: 1979-06-19
Filing date: 1980-06-16
Publication date: 1987-06-08
Also published as: CA1138084A; JPS5612799A; AU535599B1; GB2057136A; AU5880780A; DE3021164A1; US4451812A; FI72632B; GB2057136B; FR2459537B1; FI801932A; SE8004255L; FR2459537A1

Description

rBl m KUULUTUSJULKAISU 70/79 •tSif 13 (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT ft-ÖÖZ

¢9¾¾ c (45) ? tc-"1 *·· '·' ϋ· ·* 1 ' y ?-.izr.t r*e ic.'-.-l ot '3 CC 1JC7 ^ (51) Kv.lk.*/lnt.CI.« H 05 K 9/00 // H 01 F 15/04 (21) Patenttihakemus — Patentansökning 801932 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 16.06.80 (Fi) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 1 6.06.8 0 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 20.12.80

Patentti-ja rekisterihallitus /44) Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. — 27.02.87

Patent- och registerstyrelsen ’ Ansökan utiagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet 19-06.79

Etelä-Afrikan tasava1ta-Sydafrikanska republiken(ZA) 793030 (71) Sphere Investments Limited, Bahamas Building, West Bay Street, Nassau,

Bahamasaa ret-Bahamaöarna(BS) (72) Valentino Francesco Vescovi, Macleod, Victoria,

Arthur Wilkie Richards, Plenty, Victoria, Australia-Australien(AU) (74) Berggren Oy Ab (54) Sähköstaattisesti suojattu johdinyksikkö -Elektrostatiskt skärmad ledarenhet

Keksinnön kohteena en sähköstaattisesta suojattu johdinyksikkö, joka käsittää sähköisesti eristävän levyn,yleisesti suorakulmaisen kelan, joka sisältää sähköisen johdinkelaelementin, joka on muodostettu levyn ensimmäiselle puolelle, sekä levyn toiselle puolelle muodostetun arkkimaisen alueen lähellä toisiaan sijaitsevia pitkänomaisia johtimia, sekä elimet pitkänomaisten johtimien liittämiseksi yhteiseen potentiaaliin siten että mainittu pitkänomaisten johtimien alue sähköstaattisesti suojaa kelaelementtiä.

Automaattisissa malminlajittelujärjestelmissä on tarpeen luonnehtia kaikki liikkuvassa virtauksessa olevat kivet sen mukaan, onko valittu ominaisuus läsnä vaiko ei. Ominaisuus, joka valitaan lajittelun pohjaksi, riippuu käsiteltävän malmin luonteesta, mutta on olemassa tiettyjä malmeja, jotka voidaan lajitella perustuen re-sistiviteettiin ja/tai permeabiliteettiin. Esimerkiksi sulfidi- ja aktiiviset kuparimalmit omaavat alhaisen resistiviteetin, jota voidaan käyttää lajittelun pohjana ja ferromagneettiset rautamalmit voidaan lajitella magneettiseen permeabiliteettiin perustuen. Näiden ominaisuuksien ilmaisu automaattisessa lajittelujärjestelmässä vaatii ei-koskettavaa ilmaisinta, joka on äärimmäisen herkkä ja joka reagoi hyvin nopeasti valitun ominaisuuden läsnäoloon nopeasti liikkuvassa kiviaineessa.

2 72632

Erääseen tyyppiin hyvin herkkiä, ei-koskettavia ilmaisimia, jotka ovat sopivia edellä mainittuun käyttötarkoitukseen, kuuluu tuntosilmukka tai kela, joka on kytketty resonanssipiiriin. Ilmaisimen ollessa käytössä resonanssipiiri aktivoidaan olennaisesti resonanssiin ja esineen, jolla on sähkönjohtavuutta tai magneettista permeabiliteettia, läsnäolo havaitaan muutoksena resonanssipiirin signaalin amplitudissa, taajuudessa tai vaiheessa taikka tällaisten muutosten yhdistelmänä. Eräs tämän tyyppinen ilmaisin on täydellisesti kuvattu etelä-afrikkalaisessa patentissa 78/3420, lounais-afrikkalaisessa patentissa 78/0067 ja australialaisessa patentissa 40858/78.

Edellä kuvattua tyyppiä olevien ei-koskettavien ilmaisimien herkkyyttä voidaan lisätä suurentamalla resonanssipiirin toimintataajuutta. Tämä kuitenkin vaatii piirin kokonaiskäpäsitanssin pienentämistä ja on havaittu, että ne pienet muutokset kokonais-kapasitanssissa, joita jonkin esineen, jopa johtamattoman tai epämagneettisen esineen läsnäolo aiheuttaa, voivat tulla riittävän merkittäviksi aiheuttaakseen vääriä signaaleja. Tämä pulma voidaan välttää viemällä sähköstaattinen suoja kelan ja ilmaistavien esineiden virtauksen väliin.

Toimittaessa hyvin matalilla taajuuksilla voi ohut metallilevy toimia tyydyttävästi sähköstaattisena suojana. Kuitenkin kun toimintataajuus kasvaa, häiritsee pyörrevirtojen syntyminen sähköstaattisessa suojassa kelan magneettikenttää siinä määrin, että ilmaisin on toimintakelvoton. Ilmaisimilla, joiden toimintataajuus on suuruusluokkaa 100 kHz, tämä pulma voidaan suuressa määrin välttää käyttämällä metallilankaverkkosuojia, mutta toimittaessa suurilla taajuuksilla, esimerkiksi taajuuksilla useita MHz, pienentävät verkkosuojuksissa syntyneet pyörrevirrat siirretyn magneettikentän ei-hyväksyttävälle tasolle.

Esillä olevalla keksinnöllä saadaan aikaan uuden tyyppinen sähköstaattinen suoja, jossa pyörrevirtojen vaikutus on suuresti vähennetty ja joka mahdollistaa luotettavan ilmaisimen toiminnan hyvin paljon suuremmilla taajuuksilla kuin tähän asti on ollut mahdollista.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti johtimien alue sovitetaan kulkemaan kelaelementin yli koko sen pituudelta, jolloin kukin johdin kulkee kelaelementin vastaavan segmentin yli olennaisesti 3 72632 suorassa kulmassa tähän nähden.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot selviävät oheisista alivaati-muksista.

Keksintöä selitetään täydellisemmin jäljempänä oheisiin piirustuksiin liittyvien suoritusmuotojen avulla.

Kuvio 1 esittää lohkokaaviota läheisyysilmaisimen sähkövirtapiiristä. Kuviot 2 ja 3 esittävät yhden tyyppistä suojattua kelaa, joka voi sisältyä ilmaisimeen.

Kuvio 4 kuvaa suojatun kelayksikön toista tyyppiä.

Kuviot 5 ja 6 kuvaavat suojatun kelayksikön keksinnön mukaista tyyppiä.

Kuvion 1 mukaiseen läheisilmaisimeen kuuluu resonanssipiiri 10, joka sisältää induktanssin 12 ja kapasitanssin 14 kytkettynä rinnan, värähtelyn ylläpitävän piirin 16, puskurin 18, amplitudi-ilmaisimen 20, vahvistimen 24 ja lineaarisen jänniteohjatun oskillaattorin 26.

Värähtelyn ylläpitävä piiri 16 synnyttää virtapulsseja, joilla on vakioamplitudi, taajuudella, joka on hyvin lähellä piirin 10 resonanssitaajuutta. Oskillaattoripiirin 16 taajuus pidetään piirin 10 resonanssitaajuutena takaisinkytkentäsignaalin avulla. Resonanssipiirin 10 jännitettä tarkkaillaan amplitudi-ilmaisimella 20, joka reagoi huippujännitteeseen. Puskuri, joka on FET sisäänmeno-laajakaistainen yksikkövahvistuksinen vahvistin, on sijoitettu piirin 10 ja ilmaisimen 20 väliin tarkoituksella estää ilmaisinta kuormittamasta viritettyä piiriä.

Jos esine, jolla on alhainen keskiresistiviteetti tai suuri magneettinen permeabiliteetti, liikkuu induktanssin 12 sähkömagneettisen kentän lävitse, putoaa resonanssipiirin 10 impedanssi johtuen lisääntyneistä sähköisistä häviöistä, jotka liittyvät induktanssiin 12. Koska piiriä 10 ajetaan vakioamplitudisilla virtapulsseilla värähtelyn ylläpitävästä piiristä 16, piirin 10 suurtaajuinen huippujännite vaihtelee riippuvaisesti sen impedanssista tai muutoksista Q-arvoissa. Tämä muutos huippujännitteessä ilmaistaan ilmaisimella 20 ja johdetaan vahvistimeen 24. Tähän vahvistimeen johdetaan myös vertailujännite, niin että se toimii differentiaalivahvistimena.

Oskillaattorin 26 ulostulona on pulssijono taajuudella, joka on suhteellinen oskillaattorin 26 syötettyyn jännitteeseen. Kun valitaan oikein vertailujännite, tulee oskillaattorin 26 ulos-tulotaajuus suhteelliseksi resonanssipiirin jännitteenmuutokseen.

4 72632

Toisin sanoen voidaan todeta, että oskillaattorin 26 ulostulosignaali on riippuvainen viritetyn piirin Q-arvon pienentymisestä, mikä tapahtuu, kun esine siirtyy induktanssin 12 sähkömagneettisessa kentässä. Sen tyyppisen läheisilmaisimen, joka on kuvattu kuviossa 1, täydellinen virtapiirikaavio ja selitys löytyy etelä-afrikkalaisesta patentista 78/3420, lounais-afrik-kalaisesta patentista 78/0067 ja australialaisesta patentista 40858/78.

Induktanssi 12 on kelan muotoinen. Tässä käytettynä tarkoitetaan "kelalla" myös tasaista silmukkaa tai osittaista silmukkaa, jotka tosiasiassa ovat kelan edullinen muoto.

Kuviot 2 ja 3 kuvaavat vastakkaisia sivuja yhden tyyppisessä suojatussa kelayksikössä 30, joka voi olla sisällytetty ilmaisimeen aikaansaamaan induktanssi 12. Tähän yksikköön kuuluu tasainen sähköä eristävä levy 31, jonka molemmille sivuille on sijoitettu sähköjohteita painopiiritekniikkaa käyttäen. Tarkemmin sanottuna levyllä 31, joka voi olla lasikuitulaminaattia, on yhdellä sivulla kela 32, jolla on litteäksi silmukaksi sijoitetun kuparijohteen muoto ja levyn vastakkaisella sivulla on kuparijohteita, jotka muodostavat sähköstaattisen suojan 33 kelalle.

Sähköstaattiseen suojaan 33 kuuluu tasaisen ohutlevyn kaltainen järjestelmä pitkänomaisia johteita 34 ja maadoittava kaistale-johde 35. Johteilla 34 on pitkien ohuiden sormien muoto, jotka ulottuvat pienten välien päässä toisistaan yhdensuuntaisena muodostelmana maadoituskaistaleesta 35 ulompiin vapaihin päihin 36. Maadoituskaistale 35 ulottuu poikittaisesti johteisiin 34 nähden ja yhdistää näiden johteiden viereiset päät sarjan yhdessä päässä johteiden pituussuunnassa.

Johteiden 34 leveys voi olla luokkaa 0,25 mm ja paksuus luokkaa 0,025 mm. Niiden tulee olla niin lähellä toisiaan kuin mahdollista, ilman että niiden välille muodostuu mitään sähköisiä kosketuspisteitä pitkin niiden pituutta. Tyypillisesti voi niiden väli olla noin 0,18 mm. Ei ole mahdollista esittää tarkkaan näitä dimensioita piirustuksissa ja on ymmärrettävä, että piirustukset ovat kaaviollisia siinä suhteessa, että ne esittävät pitkänomaisten johteiden järjestelyä, mutta eivät niiden koko naismäärää eikä todellista kokoa ja välejä.

72632 Välin kelan ja suojan välillä tulee olla suurempi kuin johteiden 34 keskinäinen väli. Levyn 31 paksuus voi olla esimerkiksi noin 10 kertaa suurempi kuin johteiden välit.

Johteiden 34 tasaisen levyn kaltainen järjestelmä ulottuu täydellisesti poikki kelan 32 ja kun kelayksikkö on asennettu ilmaisimeen, johdejärjestelmä muodostaa suojan, joka on sijoitettu kelan ja ilmaistavien esineiden väliin. Johteet 34 on maadoitettu maadoituskaistaleella 35. Tällä järjestelyllä on kapasitiivinen piiri kelasta ilmaistavan esineen lävitse ohikytketty (shuntattu) maadoitetuilla johteilla 34. Täten on saatu minimoiduksi ilmaistavien esineiden kapasitanssin vaikutukset. Lisäksi ei suuria pyörrevirtoja voi kehittyä yksilöllisissä johteissa 34 johtuen näiden kapeudesta ja tämän vuoksi ne eivät käytännöllisesti katsoen vaikuta kelan magneettikenttään.

Kuvio 4 kuvaa suojatun kelayksikön toista muotoa, jossa sähköstaattiseen suojaan kuuluu kaksi sarjaa yhdensuuntaisia johteita 34A, jotka on järjestetty kahdeksi vierekkäiseksi ryhmäksi eristyslevyn 31A asianomaiselle sivulle ja kumpikin ryhmä on varustettu erillisellä maadoituskaistaleella 35A. Maadoituskaista-leet on muodostettu eristelevyn reunoihin, niin että yhdistämiset maadoitukseen voidaan tehdä kosketuksella yksikön metallikoteloon tai -vaippaan.

Kuvion 4 mukaisessa järjestelyssä ovat niiden johteiden pituudet, jotka voivat muodostaa kytkennän kelan kanssa, hyvin paljon lyhennetyt ja suojausvaikutus on sen vuoksi parantunut.

Kuviot 5 ja 6 kuvaavat keksinnön mukaisesti suojattua kelayksikköä, jossa sähköstaattisen suojan olennaisesti kaikki pitkänomaiset johteet kulkevat kelaan 32B nähden poikittaisesti, mikä minimoi kapasitiivisen kytkennän johteiden ja kelan välillä. Tässä tapauksessa on kaksi sarjaa 41 yhdensuuntaisia suoria johteita järjestetty viereisiksi ryhmiksi ulottumaan poikki kelan keskiosan; kaksi sarjaa 42 L-muotoisia johteita ja lisäksi sarja 43 yhdensuuntaisia suoria johteita ulottuvat poikki kelan avoimen pään; ja 6 72632 kaksi sarjaa 44 L-muotoisia johteita ulottuu poikki kelan suljetun pään.

Sisällyttämällä tuntokela ja sähköstaattinen suoja yhteen paino-piiriyksikköön on mahdollista eliminoida kaikki suhteelliset liikkeet kelan ja suojan välillä. Tämä on erittäin tärkeä etu suurtaajuustoiminnassa, koska suurilla taajuuksilla vähäinenkin suhteellinen liike kelan ja suojan välillä voi indusoida värähtelypiirissä riittävän suuria muutoksia aiheuttamaan vääriä signaaleja.

Keksintö ei millään tavoin ole rajoitettu esitettyjen ilmaisin-ja kelayksikköjen kuvattuihin yksityiskohtiin, jotka on tuotu esiin vain esimerkkeinä. Sähköstaattisen suojan pitkänomaisien johteiden ei tarvitse olla muodostettuja painopiirinä vaan ne voivat olla muodostetut erillisistä langoista. Lisäksi niiden ei tarvitse muodostaa tasaista järjestelmää, vaan ne voivat olla muodostetut sylinterimäisesti kaarevaksi ohutlevynkaltaiseksi järjestelmäksi tai johonkin muuhun muotoon riippuen suojattavan johtoelementin luonteesta. Tämän mukaisesti on ymmärrettävä, että monet modifikaatiot ja variaatiot sisältyvät oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnön puitteisiin.

Claims

7 72632

1. Sähköstaattisesti suojattu johdinyksikkö, joka käsittää sähköisesti eristävän levyn (31, 41), yleisesti suorakulmaisen kelan (32, 32B), joka sisältää sähköisen johdinkelaelementin, joka on muodostettu levyn (31) ensimmäiselle puolelle sekä levyn (31) toiselle puolelle muodostetun arkkimaisen alueen lähellä toisiaan sijaitsevia pitkänomaisia johtimia (41), sekä elimet pitkänomaisten johtimien (41) liittämiseksi yhteiseen potentiaaliin siten että mainittu pitkänomaisten johtimien (41) alue sähköstaattisesti suojaa kelaelementtiä, tunnettu siitä, että johtimien (41) alue sovitetaan kulkemaan kelaelementin yli koko sen pituudelta, jolloin kukin johdin (41) kulkee kelaelementin vastaavan segmentin yli olennaisesti suorassa kulmassa tähän nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojattu johdinyksikkö, tunnettu siitä, että kelaelementti ja johtimet (41) . on muodostettu painopiiritekniikkaa käyttäen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suojattu johdinyksikkö, tunnettu siitä, että eristyslevyn paksuus on sellainen, että ensimmäisen ja toisen puolen välinen etäisyys on suurempi kuin kahden vierekkäisen johtimen väli.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen suojattu johdinyksikkö, tunnettu siitä, että mainittu etäisyys on ainakin seitsemän kertaa suurempi kuin mainittu väli.