FI79618C - Saett och anordning foer detektering av metallkroppar. - Google Patents

Description

1 79618

TAPA JA LAITE METALLI KAPPALEIDEN ILMAISEMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu tapaan ja laitteeseen metallikappaleiden ilmaisemiseksi niin, että lähettimen ja vastaanottimen välinen keskinäisin-duktanssi on kompensoitavissa olennaisesti nollaksi samalla, kun laitteen kolisteluarkuutta voidaan vähentää.

Pulssitoimista metallinilmaisinta toteutettaessa on yleinen tapa käyttää ns. mittausikkunaa, joka määrätään mittausviiveen ja ajan avulla. Mit-tausikkunaa käytetään siten lähetinvirran katkaisun aiheuttamien pyörrevirtojen mittaukseen. Useimmille materiaaleille on ominaista, että mittaaminen mahdollisimman lyhyellä viiveellä antaa suurimman signaalin. Kuitenkin monissa tapauksissa lähettimen ja vastaanottimen välinen keskinäisinduktanssi tuottaa ns. katkaisupiikin, joka on suuruudeltaan hyötysignaalia huomattavasti suurempi. Suuren katkaisupiikin vuoksi ei mittausviivettä voi tehdä kovin lyhyeksi.

Katkaisupiikin aiheuttava lähettimen ja vastaanottimen välinen keskinäisinduktanssi voidaan kumota käyttämällä esimerkiksi kuviossa 1 esitettyä kytkentää. Kytkennässä lähettimen 1 ja vastaanottimen 2 väliin on muodostettu kompensointipiiri 3, joka käsittää induktiokelojen 4 lisäksi vastukset R^ ja R^. Jotta kuvion 1 mukaisesti lähettimen ja vastaanottimen välinen keskinäisinduktanssi olisi kumottavissa pitää kompensointipiirin vastukset Rj ja R2 valita siten, että toteutuu ehto

R

Mj w ~ -!— M, = 0 (1).

VR2 jossa M^y on lähettimen ja vastaanottimen välinen keskinäisinduktanssi sekä M^ on kompensointipiirin keskinäisinduktanssi. Induktiokelojen 4 reaktanssit ovat pieniä vastukseen R^+R2 verrattuna.

Vaikka keskinäisinduktanssi lähettimen ja vastaanottimen välillä voidaan kompensoida nollaksi kuvion 1 mukaisella kytkennällä, jouduttaisiin käytännön sovellutusmuodossa virittämään jokainen metallinilmaisin V . käyttöpaikalla keskinäisinduktanssin vaihteluiden vuoksi. Tällöin kom- .! pensointipiirin vastukset Rj ja R2 olisi määritettävissä vasta käyttökoh teessa. Edelleen lisäongelmana kuvion 1 mukaista kytkentää käyttäen 2 79618 olisi, että palautumattomat kelojen muodon tai asennon muutokset saattavat estää laitteen toiminnan ja aiheuttaa uuden kompensointi-tarpeen.

Esilläolevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi ja toimintavarmempi pulssitekniikkaa käyttävä tapa ja laite metallikappaleiden ilmaisemiseksi siten, että pulssitekniikasta ja ulkoisista häiriöistä aiheutuvien haittojen eliminoinnilla voidaan parantaa laitteiden signaali/häiriö-suhdetta ja tämän perusteella myös materiaalitunnistusta. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön mukaisesti tekniikan tason mukainen viritystarve vältetään edullisesti siten, että lähettimen ja vastaanottimen välinen keskinäis-induktanssin kumoaminen suoritetaan edullisesti olennaisesti jatkuvatoimisena, automaattisena toimenpiteenä mikroprosessoriohjausta hyväksi käyttäen. Tällöin myös mittausikkunan eli halutun mittausjakson sijoitus lähetinvirran katkaisualueelle, katkaisupiikin alueelle on mahdollista. Koska eri materiaalien aiheuttamat hyötysignaalit alkavat muodostua olennaisen välittömästi lähetinvirran muutoksen aikana, voidaan keksinnön mukaisessa jatkuvatoimisessa keskinäisinduktanssikompensoinnis-sa suorittaa mittauksia myös eri materiaalien hyötysignaalien ollessa V voimakkaimmillaan. Metallinilmaisimen signaalien tunnistus- ja käsitte- ’ : lyelimissä olevat hälytysrajat on hyötysignaalien alueella määritettävissä : : halutun tunnistettavan komponentin mukaan. Kuitenkin koska kolistetut : : ja tärinät voivat vaikuttaa mitattaviin signaaleihin lähetinvirran kat- kaisualueella, on edullista sijoittaa mittausikkuna myös lähetinvirran katkaisualueen, katkaisupiikin vaikutuksen ulkopuolelle. Hälytysraja tälle katkaisupiikin ulkopuolelle sijoitetulle mittausikkunalle on kuitenkin valittava pienemmäksi kuin katkaisupiikin alueella, koska hyöty-signaalien signaalitaso pienenee olennaisesti pitkällä mittausviiveellä. Mittausikkunoiden eli mittausjaksojen suuruus ja sijainti on kylläkin sekä lyhyellä että pitkällä mittausviiveellä valittavissa edullisesti toisistaan riippumatta.

Keksinnön mukainen laite toimii metallikappaleiden ilmaisemiseksi edullisesti siten, että mikäli lähetinvirran katkaisualueen ulkopuolella 3 79618 olevassa mittausikkunassa tunnisteparametrina toimiva hälytysraja ylitetään, täytyy hälytysraja ylittyä myös lähetinvirran katkaisualueen mittausikkunassa, jotta laite antaisi varsinaisen hälytyksen. Hälytykseen johtava hälytysrajan ylitys katkaisupiikin alueella olevilla mit-tausjaksoilla voidaan määritellä edullisesti joko niin, että hälytysrajan ylitys on riittävä hälytykseen, tai että hälytysraja on ylitettävä katkaisupiikin alueella verrannollisessa suhteessa katkaisupiikin alueen ulkopuolella tapahtuneeseen ylitykseen nähden. Näin keksinnön mukaisesti on mahdollista vähentää olennaisesti ulkoisista häiriöistä aiheutuvia vääriä hälytyksiä. Tälläisten häiriöiden ollessa kyseessä lähetinvirran katkaisualueen uiko- ja sisäpuolella käytetyt erisuuruiset hälytysrajat aikaansaavat sen, että vaikka hälytysraja katkaisualueen ulkopuolella ylittyisikin, pitäisi hälytysraja ylittyä myös katkaisualueen sisäpuolella esimerkiksi samassa suhteessa olennaisesti korkeammasta hälytystasosta huolimatta.

Keksinnön mukaista tapaa käyttäen on mahdollista suorittaa myös hälytyksen antavan materiaalin tunnistusta luokitusta varten. Koska esimerkiksi magneettisten ja ei-magneettisten materiaalien aiheuttamat hyöty-signaalit poikkeavat toisistaan katkaisupiikin vaikutusalueella olennaisesti muodoltaan, käyttämällä katkaisupiikin alueella ainakin kahta mittausjaksoa voidaan signaalien suhteesta päätellä hälytyksen aiheuttaneen materiaalin luonne.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuk-Y; siin, joissa kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaista kytkentää lähettimen ja vastaanottimen välisen keskinäisinduktanssin kumoamiseksi, kuvio 2 esittää erästä edullista sovellutusmuotoa keksinnön mukaisesta kytkennästä lähettimen ja vastaanottimen välisen keskinäisinduktanssin kumoamiseksi, kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista mittausikkunoiden edullista sijoitusta aika-akselilla sekä eri mittausikkunoille edullisia hälytysrajoja lähetinvirran muutoksen aikana signaalin korkeus/aika-koordinaatistossa.

, 79618 kuvio 4 esittää erästä toista keksinnön mukaista mittausikkunoiden sijoitusta aika-akselilla sekä eri mittausikkunoille edullisia hälytysrajoja lähetinvirran muutoksen aikana signaalin korkeus/ aika-koordinaatistossa.

Kuviota 1 on selitetty jo tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.

Kuviossa 2 keksinnön mukaisesti jatkuvatoimiseksi, automaattiseksi lähettimen 11 ja vastaanottimen 12 välisen keskinäisinduktanssin M^y kumoamiseksi on lähetinsysteemin 13 ja vastaanotinsysteemin 14 välille sijoitettu mikroprosessorin 15 avulla ohjattu kertova digitaali/analogia -muunnin 16. Muunnin 16 on muuntajan 17 ja summaimen 18 välityksellä sähköisesti yhdistetty lähetin- ja vastaanottosysteemeihin 13, 14.

Kompensoinnin edulliseksi suorittamiseksi kaistakorjaimella 19 korjataan keskinäisinduktanssien MLy ja M^ kautta summaimelle 18 kytkeytyvien signaalien taajuusvasteet olennaisesti samanlaisiksi.

Kuviossa 3 on esitetty signaalikorkeus/aika-koordinaatistossa skemaat-tiset hyötysignaalit 31, 32 ja 33 erilaisille metallipitoisille materiaaleille niin, että aikamäärä t=0 vastaa lähetinvirran katkaisun alkuhetkeä. Lähetinvirran katkaisun aikana alkaa muodostua katkaisusta johtuva katkaisupiikki, joka on kuvattu katkoviivalla 34. Koska katkaisupiikki 34 on suuruudeltaan hyötysignaalipiikkejä hyvin paljon suurempi on 34 kuviossa 3 selvyyden vuoksi jätetty katkaisupiikin huippu esittämättä.

; Keksinnön mukaisesti katkaisupiikin 34 eli lähetinvirran katkaisualueelle, joka kuvion 3 aika-akselilla merkitsee väliä kohdasta t=0 kohtaan A, on sijoitettu mittausjaksot 21 ja 22. Edelleen olennaisesti katkaisupiikin 34 alueen ulkopuolelle on sijoitettu mittausjakso 23. Keksinnön mukaista tapaa edullisesti käytettäessä asetetaan pitkällä lähetinvirran katkaisun jälkeisellä mittausviiveellä toimivalle ja katkaisualueen ulkopuolella olevalle mittausikkunalle, ·. mittausjaksolle 23 olennaisesti lyhyen mittaus viiveen ja lähetinvirran katkaisualueella olevia mittausjaksoja 21 ja 22 olennaisesti alhaisempi hälytysraja, kuten kuviossa 3 on esitetty vaakaviivoilla 35, 36 ja 37.

Mitattaessa keksinnön mukaisesti pulssitekniikkaa käyttävällä laitteella tarkasteltavan kappaleen aiheuttamia signaaleja käytetään hyväksi edul- 5 79618 lisesti ainakin kahta katkaisualueen sisäpuolella olevaa mittausjaksoa, 21 ja 22 sekä katkaisualueen ulkopuolella olevaa mittausjaksoa 23. Saadut mittaustulokset rekisteröidään edullisesti esimerkiksi mikroprosessorilla 15, joka tekee vertailun ennalta asetettuihin hälytysrajoihin 35, 36 ja 37. Mikäli pitkän mittausviiveen omaavalla mittausjaksolla 23 asetettu olennaisen itseisarvoltaan matalan tason omaava hälytysraja ylitetään, verrataan lyhyen mittausviiveen omaavien mittausjaksojen 21 ja 22 mittaustuloksia niitä vastaaviin olennaisen itseisarvoltaan korkean tason omaaviin hälytysrajoihin. Jos ylitys tapahtuu sekä pitkän mittausviiveen omaavalla mittausjaksolla 23 että ainakin toisella lyhyen mittausviiveen omaavalla mittausjaksolla 21 ja/tai 22, antaa laite hälytyksen. Edelleen lähetinvirran katkaisualueen sisäpuolella olevien mittausjaksojen 21, 22 avulla on mahdollista saada myös tietoa tunnistettavasta materiaalista, kun verrataan saatuja mittausarvoja ja eri materiaalien aiheuttamia hyötysignaalien ominaisuuksia toisiinsa.

Kuviossa 4 on esitetty toinen sovellutusmuoto metallikappaleiden ilmaisemisessa tarvittavien eri materiaalien aiheuttamien hyötysignaalien mittausjaksojen sijoittamisesta kuvion 3 mukaisen katkaisupiikin 34 alueelle. Kuvion 4 tapauksessa toista katkaisupiikin 34 alueella olevaa mittausjaksoa 22a on laajennettu siten, että se osittain menee päällekkäin mittausjakson 21 kanssa. Samalla mittausjakson muutos saa aikaan tarpeen myös mahdollisesti muuttaa hälytysrajaa, kuten kuviossa 4 on merkitty uutta hälytysrajaa viitenumerolla 36a.

Claims (7)

1. 6 79618
2. 1. Tapa parantaa signaali/häiriö-suhdetta ja nateriaalitunnistusta metallikappaleiden ilmaisemiseksi pulssitekniikkaa käyttävässä metal-linilmaisinlaitteessa, jossa laitteessa on lähetinsysteemin ja vastaan-otinsysteemin väliin asennettu kompensointipiiri lähettimen ja vastaanottimen välisen keskinäisinduktanssin kumoamiseksi; sekä elimiä metallikappaleiden aiheuttaman signaalin tunnistamiseksi ja käsittelemiseksi, tunnettu siitä, että kompensointipiiri on saatettu toimimaan niin, että metallikappaleiden aiheuttama signaali on mitattavissa ainakin kahdella lähetinvirran katkaisupiikin alueella olevalla mittausjaksolla (21.22) sekä ainakin yhdellä lähetinvirran katkaisupiikin alueen ulkopuolella olevalla, mittausjaksolla (23).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kompensointipiiriä ohjataan mikroprosessorilla (15).
4. 3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kompensointipiiri on saatettu toimimaan olennaisesti jatkuvatoimi-sesti.
5. 4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että metallikappaleiden ilmaisemiseksi metallikappa- : leiden aiheuttama signaali on tunnistettavissa sekä lähetinvirran kat- *: kaisupiikin alueen ulkopuolella olevalla mittausjaksolla (23) että ainakin .* yhdellä lähetinvirran katkaisupiikin alueella olevalla mittausjaksolla (21.22) . 1 2 3 Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että 2 metallikappaleiden ilmaisemiseksi metallikappaleiden aiheuttaman sig 3 naalin on ylitettävä tunnisteparametrinä käytetty hälytysraja katkaisu-piikin alueen ulkopuolella olevalla mittausjaksolla (23) ja ainakin yhdellä katkaisupiikin alueella olevalla mittausjaksolla (21,22), jossa hälytykseen johtava hälytysrajan ylitys on suuruudeltaan verrannollisessa suhteessa katkaisupiikin alueen ulkopuolella olevalla mittausjaksolla (23) mitattuun signaaliin. 7 79618
6. 6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että metallikappaleiden ilmaisemiseksi metallikappaleiden aiheuttaman signaalin on ylitettävä tunnisteparametrinä käytetty hälytysraja katkai-supiikin alueen ulkopuolella olevalla mittausjaksolla (23) ja ainakin yhdellä katkaisupiikin alueella olevalla mittausjaksolla (21,22), jossa hälytykseen johtava hälytysrajan ylitys on suoraan verrannollinen katkaisupiikin alueen ulkopuolella olevalla mittausjaksolla (23) mitattuun signaaliin.
7. 7. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen tavan soveltamiseksi pulssi-tekniikkaa käyttävässä metallinilmaisinlaitteessa, jossa laitteessa on lähetinsysteemin (13) ja vastaanotinsysteemin (14) väliin asennettu kompensointipiiri lähettimen (11) ja vastaanottimen (12) välisen keski-näisinduktanssin kumoamiseksi sekä elimiä metallikappaleiden aiheuttaman signaalin tunnistamiseksi ja käsittelemiseksi, tunnettu siitä, että kompensointipiiri sisältää digitaali/analogia -muuntimen (16) ja kaistakorjaimen (19) lähetinsysteemin (13) ja vastaanotinsysteemin (14) välille sijoitettuna. 1 Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että muuntimeen (16) on liitetty mikroprosessori (15). « 79618