PL168303B1 - Urzadzenie do wykrywania czesci ferrom agnetycznych w elem entach budowlanych PL PL - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do wykrywania czesci ferromagnetycz- nych w elementach budowlanych, zawierajace glowice wykrywa- jaca, która posiada magnes do kierowania pola magnetycznego do elementu budowlanego oraz co najmniej dwa czujniki pola magnetycznego, zamocowane w obszarze biegunowym na magne- sie, do pomiaru pola magnetycznego zaklócanego przez czesci ferromagnetyczne i jednostke analizujaca do lokalizowania tych czesci za pomoca sygnalów pomiarowych, dostarczanych przez czujniki pola magnetycznego, znamienne tym, ze w glowicy wykrywajacej (1) czujniki pola magnetycznego (30,31) w postaci elementów pólprzewodnikowych (30,31) sa tak rozmieszczone, ze na jednej powierzchni biegunowej magnesu (28), zwróconej do elementu budowlanego (4), jest umieszczonych szereg par (32) elementów pólprzewodnikowych (30,31), polaczonych w ukladzie róznicowym, przy czym pary (32) sa tak umieszczone wzdluz co najmniej jednej prostej (G), ze elementy pólprzewodnikowe (30,31) przynalezace do jednej pary (32) leza po obu stronach prostej (G). 8. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze glowi- ca wykrywajaca (1) ma postac wózka, poruszajacego sie na kolach (17,18), w którym sa umieszczone pary (32) elementów pólprzewodni- kowych (30,32), a osie (15, 16) kól (17,18) sa umieszczone równolegle do prostej (G). RZECZPOSPOLITA POLSKA ( 2 2 ) Data zgloszenia: 31.01.1992 F i g . 1 Fi g. 3 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wykrywania części ferromagnetycznych w elementach budowlanych.

Tego rodzaju urządzenie jest znane z publikacji Andreas Schaab i inni: Die zestoningffreie Prufung der Betonen-dekkung der Bewehrung w czasopiśmie Beton-und Stahlbetonbau V. 84 (1989), zeszyt 11, strony 275 do 279 i 324 do 327. Znane urządzenie zawiera głowicę wykrywającą, która posiada magnes trwały do wprowadzania pola magnetycznego do budowli oraz dwa czujniki pola magnetycznego, zamocowane w obszarze biegunowym na magnesach trwałych, do pomiaru pola magnetycznego, zakłócanego przez części ferromagnetyczne. Magnes trwały jest ukształtowany jako magnes prętowy i na obu przeciwległych obszarach biegunowych, posiada każdorazowo jeden czujnik pola magnetycznego. Jednostka analizująca służy do lokalizacji części ferromagnetycznych za pomocą sygnałów pomiarowych, wysyłanych przez czujniki pola magnetycznego.

Magnes trwały jest swoją jedną stroną czołową nakładany na element budowlany, którym przykładowo jest część betonowa i przy zbliżaniu do pręta zbrojeniowego wewnątrz części betonowej zmienia swój magnetyczny strumień. Dokładniej mówiąc przy zbliżeniu głowicy wykrywającej do pręta zbrojeniowego, znajdującego się pod powierzchnią betonu, zwiększa się napięcie magnetyczne w czujniku pola magnetycznego, leżącego pomiędzy magnesem prętowym a elementem budowlanym i za pomocą wzmacniacza pomiarowego te zmiany napięcia magnetycznego oblicza się i wskazuje jako krycie betonu.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie urządzenia, za pomocą którego byłaby możliwa precyzyjna lokalizacja części ferromagnetycznych w elementach budowlanych.

Zadanie to zostało rozwiązane dzięki temu, że w głowicy wykrywającej czujniki pola magnetycznego w postaci elementów półprzewodnikowych są tak rozmieszczone, że na jednej powierzchni biegunowej magnesu, która jest zwrócona do elementu budowlanego, jest umieszczonych szereg par elementów półprzewodników, połączonych między sobą w układzie różnicowym, przy czym pary elementów półprzewodnikowych są tak umieszczone wzdłuż co najmniej jednej prostej, że elementy półprzewodnikowe przynależące do jednej pary, leżą po obu stronach prostej.

Według korzystnego ukształtowania wynalazku pary elementów półprzewodnikowych są umieszczone wzdłuż równoległych prostych w postaci dwuwymiarowego, regularnego wzoru. Korzystnie pomiędzy dwoma elementami półprzewodnikowymi pary elementów półprzewodnikowych linia łącząca leży prostopadle do wspomnianej prostej.

Zgodnie z wynalazkiem, pod każdym elementem półprzewodnikowym jest umieszczony nabiegunnik, przy czym oba nabiegunniki pary elementów półprzewodnikowych są połączone ze sobą.

W korzystnym wykonaniu magnes jest podzielony wzdłuż linii prostej, przebiegającej pomiędzy obydwoma elementami półprzewodnikowymi pary elementów półprzewodnikowych na dwa magnesy częściowe, wspólne podłoże izolacyjne elementów półprzewodnikowych jest umieszczone na nabiegunniku przynależnej pary elementów półprzewodnikowych.

W innym korzystnym ukształtowaniu wynalazku każdy element półprzewodnikowy pary elementów półprzewodnikowych jest od strony czołowej połączony z łącznikiem z materiału magnetycznie miękkiego.

Korzystnie jest, gdy głowica wykrywająca ma postać wózka poruszającego się na kołach, w których są umieszczone pary elementów półprzewodnikowych, przy czym osie kół są umieszczone równolegle do prostej.

Korzystnie wózek wykrywający posiada dwie równoległe i wzajemnie sprzężone obrotowe osie, na końcach których są umieszczone koła.

Korzystnie jest gdy wózek wykrywający posiada czujnik drogi do określania położenia na elemencie budowlanym, który stanowi czujnik szczelinowy z obracalną przesłoną szczelinową, która jest napędzana przez obrót co najmniej jednej osi wózka wykrywającego.

Korzystnie jest, gdy jako magnes jest stosowany magnes trwały lub elektromagnes.

Za pomocą urządzenia według wynalazku wykrywa się w prosty sposób części ferromagnetyczne, przykładowo zbrojenie stalowe w elementach betonowych, co polega na przyłożeniu głowicy wykrywającej do tej badanej części. W jej szeregu położeniach na powierzchni

168 303 elementu betonowego mierzy się składowe pola magnetycznego, leżące prostopadle do jego powierzchni, które następnie oznacza się jako pionowe składowe pola magnetycznego. Każde położenie głowicy wykrywającej na powierzchni elementu betonowego jest rejestrowane, aby umożliwić przyporządkowanie pomiędzy różnicową wartością pomiarową a położeniem pomiarowym. Położenie zerowe różnicowego sygnału pomiarowego, względnie maksimum odróżnianego różnicowego sygnału pomiarowego, określa dokładne położenie części ferromagnetycznych prętów zbrojeniowych w badanej części betonowej.

Głowica wykrywająca w postaci ruchomego wózka jest połączona z czujnikiem drogi tak, że można dokładnie określać jej położenie na badanym elemencie budowlanym, wychodząc od położenia odniesienia. Podczas ruchu głowica wykrywająca dostarcza czujnikowi drogi odpowiednich sygnałów położenia tak, że przy przyjęciu różnicowej wartości pomiarowej, tej różnicowej wartości pomiarowej można przyporządkować stałe położenie względem położenia odniesienia. Położenie odniesienia musi być na elemencie budowlanym, odpowiednio oznakowane. Wózekjest przesuwany w różnych kierunkach po sprawdzanej powierzchni, aby otrzymać dokładny obraz części ferromagnetycznych, przedstawionych na przykład na monitorze.

Zastosowanie magnesu stałego pozwala na uzyskanie pola magnetycznego bez doprowadzania dodatkowej energii, co jest zwłaszcza korzystne przy przyrządach bateryjnych. Natomiast w przypadku zastosowania elektromagnesu magnesowanie wstępne jest przy każdym pomiarze ponownie kasowane, a przy możliwym do zaakceptowania zużyciu prądu uzyskuje się tylko względnie słabe, pierwotne pole, tak że pole pomiarowe urządzenia jest względnie małe, dlatego też sygnały pomiarowe muszą być dodatkowo filtrowane.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia perspektywiczny widok urządzenia z wózkiem wykrywającym i jednostką analizującą, fig. 2 - przekrój przez wózek wykrywający według linii II-II na fig. 1, fig. 3 częściowy widok z góry na część powierzchni dolnej wózka wykrywającego, na której znajduje się para elementów półprzewodnikowych o oporności zależnej od pola magnetycznego, umieszczona wzdłuż prostej, zgodnie ze strzałką III na fig. 2, fig. 4 - przebieg sygnału do wyszukania dokładnego położenia części ferromagnetycznych w elementach budowlanych, fig. 5 - schemat blokowy urządzenia, fig. 6 - przebieg sygnału do określania głębokości i grubości części ferromagnetycznych w elementach budowlanych, fig. 7 - perspektywiczny widok częściowy strony dolnej wózka wykrywającego, który pokazuje dwa elementy półprzewodnikowe umieszczone na nabiegunnikach, fig. 8 - perspektywiczny widok częściowy strony dolnej wózka wykrywającego, który pokazuje dwa elementy półprzewodnikowe, umieszczone na nabiegunnikach, które są połączone za pomocą łączników o dużej przewodności magnetycznej, fig. 9 perspektywiczny widok częściowy strony dolnej wózka wykrywającego, który pokazuje magnes trwały, podzielony w obszarze pomiędzy dwoma elementami półprzewodnikowymi pary elementów półprzewodnikowych, fig. 10 - widok dolnej strony głowicy wykrywającej z regularnie umieszczonymi i w jednakowy sposób usytuowanymi parami elementów półprzewodnikowych, fig. 11 - widok na stronę dolną głowicy wykrywającej z umieszczonymi parami elementów półprzewodnikowych, które są różnie usytuowane.

Na figurze 1 jest przedstawione urządzenie według wynalazku do wykrywania części ferromagnetycznych w elementach budowlanych, które posiada wózek wykrywający 1, który przez kabel 2 jest połączony z jednostką analizującą 3. Wózek wykrywający 1 przykładowo jest umieszczony na płycie betonowej 4, która zawiera zbrojenie utworzone z dwóch prętów stalowych 5 i 6. Jednostka analizująca 3 posiada monitor 7, w którym można uzyskać obraz odwzorowujący pręty stalowe 5 i 6 wykrywane przez wózek wykrywający 1. Zawiera ona szereg przycisków 11, 12, 13 i 9 do sterowania procesem pomiarowym oraz do uruchomienia funkcji obróbki i analizy obrazu. Czynności obsługowe są podawane za pomocą wyświetlaczy 11 a, 12a, 13a i 9a, usytuowanych na ekranie obrazowym, w pobliżu tych przycisków. Dzięki temu jednostkę analizującą 3 można dostosować do narodowych języków oraz uzupełnić przez programowanie innych możliwości obsługowych. Przycisk 8 umożliwia przeglądanie do przodu i do tyłu czynności obsługowych w przyporządkowanym menu. Czwarty przycisk 10 służy do poruszania kursora na ekranie obrazowym.

1618303

Funkcje przetwarzania obrazu pozwalają na zmianę jasności i kontrastu, na całym obrazie lub w wybranych fragmentach, a przetworzony fragment może być miksowany na pierwotnym obrazie.

Istnieje także funkcja filtrująca do usuwania lokalnych zakłóceń. Do funkcji analizujących zalicza się wskazanie współrzędnych położenia kursora oraz miksowanie sieci współrzędnych, co pokazuje szablon, przedstawiony na podobieństwo prętów pomiarowych, który jest nakładany na element budowlany, aby prowadzić wózek wykrywający 1. Dzięki temu ułatwione jest powtórne ustalenie położenia części ferromagnetycznych w badanym elemencie budowlanym.

Jednostka analizująca 3 może być połączona z innymi nie przedstawionymi jednostkami, przykładowo z drukarką lub z komputerem.

Jeżeli w obszarze płyty betonowej 4 ma być zobrazowany obraz zbrojenia w niej istniejącego, to ten obszar musi zostać przeszukany za pomocą wózka wykrywającego 1. Do prowadzenia wózka wykrywającego 1 na płycie betonowej 4 można stosować płytkę zaopatrzoną w żłobki bieżne lub folię, która jest nakładana lub naklejana na płytę betonową 4.

Załóżmy, że powinien być przeszukiwany kwadratowy obszar, którego długość krawędzi odpowiada trzykrotnej długości wózka wykrywającego 1. Obszar ten powinien być przeszukany w dwóch kierunkach leżących wobec siebie pod kątem prostym, aby umożliwić otrzymanie dokładnego obrazu zbrojenia. Obszar przeszukiwany pojawia się na monitorze 7 jednostki analizującej 3 i jest podzielony na obszary częściowe, jak zaznaczono liniami kreskowymi. Obszar przeszukiwany jest oznaczony 14, a linie kreskowe są zaopatrzone w oznaczniki 14a.

Po nasadzeniu wózka wykrywającego 1 na płytę betonową 4 najpierw jest uruchamiany przycisk nastawiania 9b położenia odniesienia, aby to położenie odniesienia dla określonego położenia wartości pomiarowej, dostarczonej przez wózek wykrywający 1, oznaczyć jako zero. Wózek wykrywający 1jest następnie przetaczany w pierwszym kierunku R1 po płycie betonowej 4 tak, że praktycznie lewe trzy obszary częściowe obrazu przeszukanego 14, które wzajemnie leżą w pionowej kolumnie, są rysowane na monitorze 7. Ten proces jest powtarzany dla środkowej i prawej kolumny obszaru przeszukiwanego 14, a wózek wykrywający 1 jest ustalany odpowiednio na nowo i przestawnie do pierwszego toru na płycie betonowej 4. Potem obszar na płycie betonowej 4 jest przeszukiwany w kierunku R2 prostopadłym do kierunku R1za pomocą wózka wykrywającego 1 tak, że kolejne obszary częściowe, leżące w linii obszaru przeszukiwanego 14 są odtwarzane. Dane zmierzone przy rysowaniu obszaru częściowego przez wózek wykrywający 1 są analizowane przez jednostkę analizującą 3, aby określić położenie prętów stalowych 5 i 6 wewnątrz płyty betonowej 4 i wytworzyć odpowiedni obraz na monitorze 7. Oczywiście przy przeszukiwaniu żądanego obszaru płyty betonowej 4 wspomniana powyżej kolejność musi być utrzymana zgodnie z zaprogramowaniem jednostki analizującej 3. Przy zmianie programowania obszar przeszukiwania 14 może być podzielony w inny sposób.

Opisane powyżej krzyżowe przeszukiwanie jest sensowne, ponieważ tylko pręty stalowe, które przebiegaj ą poprzecznie do kierunku przeszukania, dostarczaj ą żądanych sygnałów pomiarowych. Pręty stalowe, które leżą ukośnie do kierunku przeszukania, w przybliżeniu do 45°, dostarczają w kierunku przeszukania sygnał rozciągnięty, przy czym obowiązuje twierdzenie cosinusów. Wzrost sygnału jest wtedy mniejszy tak, że przy różniczkowaniu otrzymuje się nieznaczny poziom sygnału. Brakujący wynik jest jednak dostarczany przez proces przeszukiwania w kierunku prostopadłym do wspomnianego kierunku i dodany, tak że ponownie otrzymuje się wysokość sygnału, wystarczającą do analizy. Pręty stalowe, które przekraczają długość obszaru przeszukiwania nie dostarczają żadnych czasowo zmiennych sygnałów, zatem dodaje się tylko poziomy sygnału dla tych samych obszarów przeszukiwania, tak że w komputerze otrzymuje się trójwymiarowy przebieg sygnału. Do tego celu można stosować więcej niż dwa urządzenia wykrywające.

Aby wózek wykrywający 1 mógł lekko poruszać się po powierzchni płyty betonowej 4, jest on zaopatrzony w dwie wzajemnie równoległe osie 15 i 16, na których końcach znajdują się koła 17 i 18. Osie 15 i 16 są między sobą sprzężone obrotowo, aby zapewnić możliwie nienaganny prosty przebieg wózka wykrywającego 1. Kierunek jezdny wózka wykrywającego 1 ustala kierunek pomiaru R, który jest prostopadły do osi 15 i 16. Kierunkiem pomiaru R jest przykładowo kierunek R1 i R2 na fig. 1.

168 303

Figura 2 pokazuje przekrój przez wózek wykrywający 1 na ścianie boku wewnętrznego, która leży prostopadle do kierunku osi 15 i 16. Kierunek pomiaru R przebiega zatem na fig. 2 w kierunku poziomym.

Wewnątrz wózka wykrywającego 1 znajduje się czujnik drogi 19, który posiada obracalną przesłonę szczelinową 20, której szczeliny 21 są odczytywane za pomocą elektrooptycznego urządzenia odczytującego, które nie jest w szczegółach pokazane. Przesłona szczelinowa 20 jest ułożyskowana obracalnie na osi 22, która ze swojej strony jest zamocowana na ścianie bocznej la wózka wykrywającego 1. Na przedłużeniu 23, zamocowanym do przesłony szczelinowej 20, znajduje się koło zębate, na którym obraca się pas napędowy, który jest prowadzony nie tylko przez koło zębate 25, rolki 26 i 27, ale także przez koła zębate na obu osiach 15 i 16. Jeżeli wózek wykrywający 1 toczy się wzdłużnie po powierzchni płyty betonowej 4, to przesłona szczelinowa 20 obraca się za pomocą pasa napędowego 24, co prowadzi do tego, że elektrooptyczne urządzenie, leżącego z tyłu odcinka jednostkowego wózka wykrywającego 1, który odpowiada odstępowi pomiędzy szczelinami 21 w przesłonie szczelinowej 20, wytwarza sygnał pulsacyjny. Odpowiednie sygnały pulsacyjne są liczone tak, że z wartości licznika, wychodząc od położenia odniesienia, można dokładnie określić położenie wózka wykrywającego 1. Położenie odniesienia jest ustalane przez uruchomienie przycisku nastawiania 9b, przez co wartość licznika jest nastawiana na zero. Elektrooptyczne urządzenie detekcyjne składa się z emituj ących światło diod i elementu fotoczułego.

Pomiędzy osiami 15 i 16 oraz dnem wózka wykrywającego 1 jest umieszczony magnes 28, który w tym przykładzie jest magnesem trwałym i który posiada na przykład biegun południowy na górze, a biegun północny na dole. Magnes trwały 28 jest umieszczony na stałe w wózku wykrywającym 1 i praktycznie rozciąga się przez całą jego długość. Długość magnesu trwałego 28 jest przy tym znacznie większa od jego szerokości, względnie wysokości. Magnes trwały może być zastąpiony przez rdzeń odpowiedniego elektromagnesu. Na stronie dolnej magnesu trwałego 28 jest zamocowana drukowana płytka 29, na której stronie dolnej są umieszczone pary elementów przewodnikowych o oporności zależnej od pola magnetycznego 32, zwane dalej parą, składające się zawsze z dwóch elementów półprzewodnikowych o oporności zależnej od pola magnetycznego 30, 31 zwanych dalej elementami półprzewodnikowymi. Pary 32 są połączone przez nie przedstawione połączenia na drukowanej płytce 29 z mikroprocesorem, który również jest na niej umieszczony.

Elementy półprzewodnikowe 30 i 31 pary 32 leżą jedne za drugim w kierunku przeszukiwania R. Dzięki temu szereg par 32, np. czterdzieści, jest umieszczonych obok siebie na stronie dolnej płytki połączeniowej 29, w kierunku wzdłużnym wózka wykrywającego 1, a więc w kierunku osi 15 i 16, względnie równolegle do nich.

Figura 3 pokazuje w szczegółach rozmieszczenie pary 32 na stronie dolnej drukowanej płytki 29. Symbol R oznacza kierunek pomiaru, który przebiega prostopadle do osi 15 i 16. Kierunek pomiaru R przedstawia jednocześnie kierunek ruchu wózka wykrywającego 1. Pary 32, mają jednakowy odstęp od siebie w kierunku prostopadłym do kierunku pomiaru R i leżą na wspólnej prostej G. Symbol G oznacza wyobrażalną linię łączącą pomiędzy dwoma elementami półprzewodnikowymi 30, 31 pary 32. W kierunku pomiaru R, względnie prostopadle do prostej G elementy półprzewodnikowe 30 i 31 każdej pary 32 są jeden po drugim przeszukiwane, aby mierzyć składową poziomą pola magnetycznego magnesu trwałego 28.

Jak już wspomniano, pionowa składowa pola magnetycznego magnesu trwałego 28 zmienia się przy zbliżaniu wózka wykrywającego 1 do zbrojenia stalowego utworzonego z prętów stalowych 5, 6. Elementy półprzewodnikowe 30, 31 określają pionową składową pola magnetycznego w dwóch sąsiadujących ze sobą miejscach, zgodnie z odstępami elementów półprzewodnikowych 30, 31. Ponieważ oba elementy półprzewodnikowe 30, 31 każdej pary 32 są połączone w układzie różnicowym, to przez nie zostaje uchwycona bezpośrednia wartość różnicy pomiędzy pionowymi składowymi pola magnetycznego gdyż generują one różne sygnały pomiarowe. Ta różnica odpowiada praktycznie gradientowi pionowej składowej pola magnetycznego w kierunku połączenia obu elementów półprzewodnikowych 30, 31 pary 32, względnie w kierunku R.

168 303

Figura 4 pokazuje przynależne przebiegi sygnałów. Krzywe K1 i K2 przedstawiają wartości pomiarowe każdego elementu półprzewodnikowego 30, 31 pary 32, podczas gdy krzywa K3 wartości pomiaru sygnału różnicowego pary 32. Na fig. 4 są naniesione amplitudy sygnałów w mV, a droga w mm. Drogajest drogą przesuwu wózka wykrywającego 1 w kierunku pomiaru R. Krzywa K4 ilustruje przebieg pochodnej sygnału K3. Dokładniej mówiąc, dla każdego położenia przesuwu wózka wykrywającego 1 dla wszystkich par 32 oblicza się i zapamiętuje różnicową wartość pomiarową. W następnym, położeniu przesuwu wózka wykrywającego 1 w kierunku pomiaru R następuje ponownie uchwycenie różnicowej wartości pomiarowej przez parę 32, itd. W ten sposób dla każdej pary 32 otrzymuje się krzywą K3. Po całkowitym przesunięciu wózka wykrywającego 1, a zatem całkowitym uchwyceniu krzywej K3 na fig. 4, dla każdej pary 32, krzywą K3 różniczkuje się, aby otrzymać każdorazowy przebieg sygnału pochodnej K4. Maksimum przebiegu sygnału pochodnej K4 leży w miejscu części ferromagnetycznych, w omawianym przypadku na przykład w miejscu pręta stalowego 5 na fig. 4.

Wykres według fig. 4 jest utworzony dla każdej pary 32, a także dla każdego kierunku pomiaru R, w przypadku gdy wózek wykrywający 1 porusza się wzdłuż różnych kierunków pomiaru R1 i R2 na powierzchni płyty betonowej 4 (fig. 1). Za pomocą tak ustalonego, przebiegu sygnału pochodnej K4 można w tradycyjny sposób poprzez określanie maksimum, filtrowanie itp., wytworzyć obraz zbrojenia z płyty betonowej 4 i odtworzyć go na monitorze 7 z fig. 1.

Figura 5 pokazuje blokowy schemat elektryczny urządzenia według wynalazku. Wózek wykrywający 1 zawiera czternaście par 32 każdorazowo dwóch elementów półprzewodnikowych 30,31, które są włączone szeregowo i leżą pomiędzy dodatnim i ujemnym biegunem źródła napięcia. Odczep środkowy pomiędzy elementami półprzewodnikowymi 30,31 jest połączony z końcówką 33 przełącznika 34. Końcówki 33a przełącznika 34 są również połączone z odczepem środkowym innych par 32. Wspólny styk 35 przełącznika 34 jest za pomocą styku ruchomego 36 włączany szeregowo do pojedynczych końcówek 33, tak że wartości sygnału różnicowego, otrzymywane na każdym odczepie środkowym pary 32 są doprowadzane przez wzmacniacz 37 do mikroprocesora 38. Różnicowe wartości pomiarowe dla każdego położenia wózka wykrywającego 1 są następnie magazynowane w pamięci mikroprocesora 38. Każde położenie wózka wykrywającego 1 jest określane przez wspomniany czujnik drogi 19. Przy tym położenie określone przez czujnik drogi 19 i różnicowe wartości pomiarowe zmierzone w tym położeniu są wzajemnie przyporządkowane. Po przesunięciu wózka wykrywającego 1 następuje odpowiedni pomiar różnicowej wartości pomiarowej w nowym położeniu.

Wszystkie te różnicowe wartości pomiarowe, otrzymane w ten sposób są zestawione z krzywą K3, pokazaną na fig. 4 i są różniczkowane w mikroprocesorze 38, aby otrzymać krzywą K4, ilustrującą przebieg sygnału pochodnej. Mogą one być także alternatywnie obliczane w jednostce analizującej 3 i przerabiane w celu przedstawienia obrazu.

Jak już wspomniano, styk ruchomy 36 na fig. 5 przez sterowanie mikroprocesorem 38 jest przełączany poprzez przewód 39, podczas gdy równoważenie wzmacniacza 37 następuje przez mikroprocesor 38 poprzez przewód 40. Wyłącznik S1, połączony z mikroprocesorem 38, służy do automatycznego przełączania wzmacniacza 37 przy przekroczeniu zakresu pomiarowego.

Figura 6 pokazuje wykres, odpowiadający wykresowi według fig. 4 z tym, że są naniesione tylko różnicowe przebiegi sygnałów K4a, K4b, K4c i K4d. Przebieg sygnału według K4a dotyczy średnicy pręta 22 mm, na głębokości 37 mm, przebieg sygnału według K4b średnicy pręta 8 mm, na głębokości 36 mm, przebieg sygnału K4c średnicy pręta 22 mm, na głębokości 89 mm, a przebieg sygnału według K4d średnicy pręta 8 mm, na głębokości 86 mm. Amplituda sygnałów jest wyrażona w mV. Amplituda sygnału bardzo silnie zależy od głębokości pręta stalowego. Natomiast słabiej zależy od średnicy pręta. Wszystkie pręty w omawianym przypadku są wykonane ze stali. Krzywe podobnych głębokości leżą względnie blisko siebie także wtedy, gdy pochodzą od silnie zróżnicowanych grubości prętów. Krzywe różnych głębokości prętów leżą natomiast w większym oddaleniu od siebie. Szerokość krzywych, a więc zwiększenie sygnału przy zbliżaniu głowicy wykrywającej do miejsca, pod którym znajduje się stal i symetrycznie do tego późniejsze zmniejszenie sygnału, praktycznie nie zależy od średnicy pręta, ale raczej od jego głębokości.

168 303

Analiza sygnału przebiega, tak że najpierw z amplitudy wnioskuje się z grubsza o głębokości, a potem ze stosunku szerokości krzywej do wysokości ustala się średnicę pręta. Za pomocą tej informacji jest następnie korygowana głębokość. Naturalnie można także korzystać z krzywych porównawczych znanych przebiegów sygnałów i porównywać ze zmierzonym przebiegiem sygnału, aby wnioskować o średnicy pręta i głębokości położenia.

Figura 7 pokazuje widok wózka wykrywającego 1 od dołu w obszarze pary 32, na którym widać parę 32 złożoną z elementów półprzewodnikowych 30, 31, przy czym każdy element półprzewodnikowy 30, 31 leży na nabiegunniku 41,42. Nabiegunniki 41 i 42 służą do skoncentrowania magnetycznego pola magnesu trwałego 28 w obszarze elementów półprzewodnikowych 30 i 31 tak, że osiąga się większą czułość urządzenia według wynalazku.

Drukowana płytka 29 przedstawiona na fig. 2 leży pomiędzy elementami półprzewodnikowymi 30, względnie 31 a nabiegunnikiem 41, względnie 42. Wynika z tego, że każdy element półprzewodnikowy 30, względnie 31 składa się z elementu przewodzącego z magnetycznie czułym rezystorem i podłoża izolacyjnego, względnie nośnika, na którym spoczywa ten magnetycznie czuły rezystor. Na figurach nie jest to przedstawione, aby nie zaciemnić rysunku. Fig. 7 pokazuje także, że kierunek pomiaru R jest prostopadły do obu elementów półprzewodnikowych 30 i 31, a więc prostopadły do kierunku wzdłużnego G magnesu trwałego 28. W kierunku wzdłużnym G leżą dalsze pary 32, które ze względu na przejrzystość nie zostały przedstawione.

Odbiegając od przykładu wykonania według fig. 7, nabiegunniki 41 i 42, które są wykonane z materiału magnetycznie miękkiego i mogą być wykonane jako jednoczęściowe, przykładowo połączone przez wąskie żebro, które leży po stronie magnesu trwałego 28 i pozostaje w nim w styku. Nabiegunniki 41 i 42 nie są wtedy montowane oddzielnie, lecz nasadzane jako para na magnes trwały 28, co jest znacznie prostsze, ponieważ nabiegunniki 41, 42 są względnie małe.

Figura 8 pokazuje inny przykład wykonania wynalazku w obszarze pary 32. Bezpośrednio do każdego elementu półprzewodnikowego 30, 31 przylega łącznik 43,44 z materiału magnetycznie miękkiego. Łączniki 43, 44 rozciągają się od elementów półprzewodnikowych 30, 31 zgodnie z kierunkiem pomiaru R lub przeciwnie. Dzięki łącznikom 43,44 można z jednej strony pole magnesu trwałego 28 jeszcze w silniejszy sposób koncentrować na elementach półprzewodnikowych 30, 31. Dzięki temu jest osiągnięte dalsze podwyższenie czułości urządzenia.

Z drugiej strony jest także możliwe dalsze rozciągnięcie maksimum krzywych K1 i K2 na fig. 4 tak, że osiąga się stromy przebieg krzywej K3 i dzięki temu węższy, względnie stromy przebieg różnicowej krzywej K4, przez co jest utrzymana wysoka możliwość rozdzielacza, przy określaniu położenia części ferromagnetycznych w elementach budowlanych.

Jeszcze inne ukształtowanie wynalazku w obszarze pary 32 jest pokazane na fig. 9. Magnes trwały jest podzielony na dwa magnesy częściowe 28a i 28b, pomiędzy którymi przebiega szczelina powietrza L. Na stronie dolnej magnesów częściowych 28a i 28b znajdują się nabiegunniki 41a, 41b, w których obszarze leżą elementy półprzewodnikowe. Elementy półprzewodnikowe pary 32 są umieszczone na wspólnym podłożu izolacyjnym 45 np. z ceramiki. Podłoże izolacyjne 45 leży na obu biegunnikach 41a i 41b. Powyżej elementów półprzewodnikowych znajdują się łączniki 43, 44 z materiału magnetycznie miękkiego. Rozciągają się one jak na fig. 8 zgodnie z kierunkiem pomiaru R lub przeciwnie. Nabiegunniki 41a i 41b są wykonane jednoczęściowo z odcinkami 45a, 45b, które są wygięte na zewnątrz, aby przede wszystkim ułatwić możliwość korekcji dla symetryzacji pola. Drukowana płytka 29 także tutaj, dla przejrzystości, nie jest przedstawiona i leży pomiędzy nabiegunnikami 41a, 41b a podłożem izolacyjnym 45.

Dzięki układowi według fig. 9 można podwyższyć różnicę sygnałów pomiędzy obydwoma elementami półprzewodnikowymi, co znacznie polepsza czułość przyrządu. Nabiegunniki 41a, 41b kierują magnetyczny strumień od magnesów częściowych 28a i 28b poprzez elementy półprzewodnikowe, umieszczone na wspólnym podłożu izolacyjnym 45 z ceramiki.

Figura 10 pokazuje rozmieszczenie dwóch par 32 elementów półprzewodnikowych 30,31 obok siebie. Pary 32 leżą najednej stronie drukowanej płytki 29, na której drugiej stronie znajduje się magnes trwały 28, który w tym przypadku ma kwadratową powierzchnię bieguna. Przykła168 303 dowo są przedstawione 4x4= 16 par 32, z których wszystkie są jednakowo usytuowane względem kierunku pomiaru R i dzięki temu leżą w jednakowych odstępach od siebie i tworzą regularną siatkę. Takie rozmieszczenie ma tę zaletę, że wózek wykrywający 1 nie jest tak daleko przesuwany. W zasadzie wystarczy przesunięcie o odstęp dwóch par 32 w kierunku pomiaru R. Dla różnych kierunków pomiaru wózek wykrywający 1 musi być jednak ponownie przesuwany. Jeżeli jest bardzo wiele par 32, bardzo blisko leżących obok siebie w obszarze powierzchni biegunowej magnesu trwałego 28, to wówczas można całkowicie zrezygnować z przesunięcia wózka wykrywającego 1. Przy tym można mierzyć tylko w jednym kierunku, ale w tych warunkach nie można ustalić wszystkich części ferromagnetycznych w badanym elemencie budowlanym. Pręt stalowy, który przebiega równolegle do kierunku pomiaru R, może być wtedy nie uchwycony.

Pary 32 elementów półprzewodnikowych 30, 31 umieszczone jak pokazano na fig. 10, kolejno w kierunku pomiaru R mogą być umieszczone także w postaci linii, a więc w postaci połączenia szeregowego z odpowiednio wieloma elementami półprzewodnikowymi, w omawianym przypadku ośmioma elementami półprzewodnikowymi, mającymi zawsze odczepy końcowe i środkowe. Sygnały pomiarowe dwóch sąsiadujących elementów półprzewodnikowych są wtedy wybierane parami. Wszystkie elementy półprzewodnikowe mają wtedy jednakowy odstęp od siebie.

Dalsze rozwinięcie układu według fig. 10 jest przedstawione na fig. 11. W układzie tym jest ponownie 4x4=16 par 32, elementów półprzewodnikowych 30,31 które tworzą regularną, dwuwymiarową siatkę. Kierunki pomiaru zmieniają się tu na kierunek poziomy i kierunek pionowy od pary do pary 32 tak, że wspólnie otrzymuje się dwa kierunki pomiaru. Te kierunki pomiaru są wzajemnie prostopadłe. W tym układzie są wymagane bardzo nieznaczne przesunięcia w obu kierunkach pomiaru, aby móc odbierać każdorazowe różnice wartości pomiarowych dla odpowiednich położeń przesunięcia. Przesunięcia może także nie być, gdy jest wystarczająco wiele i blisko siebie umieszczonych par w kierunkach pomiaru zmieniających się w kierunku poziomym i pionowym, aby otrzymać wystarczająco dokładne przebiegi sygnałów pomiarowych (krzy we według K3 na fig. 4). Ewentualnie można także przy nie wystarczająco wzajemnie bliskim położeniu interpolować pomiędzy dwoma obliczonymi wartościami pomiarowymi w jednym kierunku, aby otrzymać na drodze rachunkowej wartości pośrednie, w celu dokonania uzupełnienia krzywej K3 nafig. 4. Różne wartości pomiarowe dla krzywej sygnału pomiarowego K3 na fig. 4 można otrzymać w układzie według fig. 11 na przykład przez pary 32a i 32b lub przez pary 32c i 32d. W praktyce jednak stosuje się znacznie więcej par 32 elementów półprzewodnikowych 31 i 32 w zależności od pożądanego celu zastosowania i wielkości sprawdzanej powierzchni elementów budowlanych.

168 303

168 303

AMPLITUDA SYGNAŁU EmV]

168 303

AMPLITUDA SYGNAŁU [mV]

168 303

168 303

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wykrywania części ferromagnetycznych w elementach budowlanych, zawierające głowicę wykrywającą, która posiada magnes do kierowania pola magnetycznego do elementu budowlanego oraz co najmniej dwa czujniki pola magnetycznego, zamocowane w obszarze biegunowym na magnesie, do pomiaru pola magnetycznego zakłócanego przez części ferromagnetyczne i jednostkę analizującą do lokalizowania tych części za pomocą sygnałów pomiarowych, dostarczanych przez czujniki pola magnetycznego, znamienne tym, że w głowicy wykrywającej (1) czujniki pola magnetycznego (30,31) w postaci elementów półprzewodnikowych (30, 31) są tak rozmieszczone, że na jednej powierzchni biegunowej magnesu (28), zwróconej do elementu budowlanego (4), jest umieszczonych szereg par (32) elementów półprzewodnikowych (30,31), połączonych w układzie różnicowym, przy czym pary (32) są tak umieszczone wzdłuż co najmniej jednej prostej (G), że elementy półprzewodnikowe (30, 31) przynależące do jednej pary (32) leżą po obu stronach prostej (G).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pary (32) są umieszczone wzdłuż równoległych prostych (G) w postaci dwuwymiarowego, regularnego wzoru.
3. 3. Urządzenie wedłue zestre. 1 hit) 2, znanuenne tym, Ee pomiędzy pwoma zlementami półprzewodnikowymi (30,31) pary (32) linia łącząca (G) leży prostopadle do prostej (G).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że pod każdym elementem półprzewodnikowym (30,31) jest umieszczony nabiegunnik (41, 42) lub (41a, 42a).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że nabiegunniki (41, 42 lub 41a, 42a) pary (32) są połączone ze sobą.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że magnes (28) jest podzielony wzdłuż linii prostej (G), przebiegającej pomiędzy obydwoma elementami półprzewodnikowymi (30, 31) pary (32) na dwa magnesy częściowe (28a, 28b), a wspólne podłoże izolacyjne (45) elementów półprzewodnikowych (30, 31) jest umieszczone na nabiegunniku (41a, 41b) przynależnej pary (32).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że każdy element półprzewodnikowych (30, 31) pary (32) jest od strony czołowej połączony z łącznikami (43, 44) z materiału magnetycznie miękkiego.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że głowica wykrywająca (1) ma postać wózka, poruszającego się na kołach (17, 18), w którym są umieszczone pary (32) elementów półprzewodnikowych (30,,32), a osie (15, 16) kół (17,18) są umieszczone równolegle do prostej (G).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że wózek wykrywający (1) posiada dwie równoległe i wzajemnie sprzężone obrotowo osie (15,16), na końcach których są umieszczone koła (17,18).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że wózek wykrywający (1) posiada czujnik drogi (19) do określania położenia na elemencie budowlanym.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że czujnik drogi (19) stanowi czujnik szczelinowy z obracalną przesłoną szczelinową (20), która jest napędzana przez obrót co najmniej jednej osi (15,16) wózka wykrywającego (1).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 1 albo 6, znamienne tym, że magnes (28) jest magnesem trwałym.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 1 albo 6, znamienne tym, że magnes (28) jest elektromagnesem.