RU1837152C

RU1837152C - Device for metal detection

Info

Publication number: RU1837152C
Application number: SU904872591A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Трунов; Александр Григорьевич Кулаков
Original assignee: Научно-производственный центр при Николаевском кораблестроительном институте
Priority date: 1990-10-11
Filing date: 1990-10-11
Publication date: 1993-08-30

Abstract

Изобретение относитс к области измерительной техники, в частности к элементам бесконтактной автоматики, |преобразующим рассто ние до металла в |электрический сигнал-, и может быть исполь- зовано также дл определени наличи металла в зоне контрол . С целью повышени информативности за счет измерени рас- | сто ни до металла, устройство, содержа-. щее вихретоковый преобразователь, | автогенератор, собранный по схеме емкост- I ной трехточки с колебательным контуром в цепи коллектора, образованным вихретоко- | вым преобразователем, резистивной обрат- I ной св зью в эмиттере, детектор амплитуды Изобретение относитс к контольно-измерительной техник е, в частности к элемен там бесконтактной автоматики, преобразующим рассто ние до металла, в электрический сигнал (ток, либо падение напр жени , на последовательно соединенном резисторе), и может быть использовано дл определени наличи металла в зоне контрол , рассто ни до металла и определени его электропроводимости при фиксиколебаний автогенератора, подключенной к коллектору транзистора автогенератора, снабжено стабилизатором амплитуды автогенератора , подключенным к общему нулю и к выходу токового ключа, к которому па- рэллеЯьно подсоединен токозадающий резистор , причем его параллельное соединение с токовым ключом последовательно включено между источником питани и автогенератором. Вихретоковый преобразователь заполнен магнитной жидкостью и катушка вихревого преобразовател снабжена ферромагнитным сердечником, В качестве полупроводникового стабилизатора использованы последовательно включенные кремниевые эпитаксиальнопланарные диоды, в качестве транзисторов автогенератора и токового ключа - кремниевые транзисторы, а в качестве Детектора - германиевый микросплав- ный диод. К преимуществам устройства относитс возможность подключени его двум проводникам на большое рассто ние, наличие функциональной зависимости выходного тока от рассто ни до металла, не искаженной вли нием формировател и порогового элемента, 1 з.п.ф-лы, 2 ил, рованном рассто нии, например, в прижатом к поверхности металла состо нии. Цель изобретени - повышение информативности за счет измерени рассто ни до металла. На фиг.1 представлена электрическа схема устройства дл определени наличи металла; на фиг. 2 - схема ею подключени в цепь питани . « е 00 со VI ел юThe invention relates to the field of measurement technology, in particular to non-contact automation elements | converting the distance to a metal into | an electrical signal - and can also be used to determine the presence of metal in the control zone. In order to increase information by measuring | not one metal, device, containing. eddy current transducer, | self-oscillator assembled according to the scheme of a capacitive three-point I with an oscillatory circuit in the collector circuit formed by eddy current | amplitude transducer, resistive feedback in the emitter, amplitude detector The invention relates to a control and measuring technique, in particular, to contactless automation elements that convert the distance to a metal into an electrical signal (current or voltage drop, by a resistor connected in series), and can be used to determine the presence of metal in the control zone, the distance to the metal and determine its electrical conductivity when the oscillator oscillations connected to the collector are detected and the oscillator is equipped with an oscillator amplitude stabilizer connected to common zero and to the output of the current switch, to which a current-sensing resistor is connected in parallel, and its parallel connection with the current switch is connected in series between the power source and the generator. The eddy current transducer is filled with magnetic fluid and the coil of the vortex transducer is equipped with a ferromagnetic core. Silicon epitaxial planar diodes are used as a semiconductor stabilizer, silicon transistors are used as transistors of the self-oscillator and current switch, and a germanium microalloy diode is used as the Detector. The advantages of the device include the ability to connect it to two conductors over a large distance, the presence of a functional dependence of the output current from the distance to the metal, not distorted by the influence of the shaper and the threshold element, 1 zpf-file, 2 silt-spaced distance, for example, in a state pressed against a metal surface. The purpose of the invention is to increase information content by measuring the distance to the metal. Figure 1 is an electrical diagram of a device for detecting the presence of metal; in FIG. 2 is a diagram of its connection to a power circuit. "E 00 s VI ate

Description

Устройство состоит из автогенеторэ, содержащего транзистор 1, колебательный контур, образованный вихретоковым преобразователем 2 и конденсатором 3 и включенный в коллекторную цепь транзистора 1, резисторов 4 и 5, общей точкой подключенных к базе транзистора 1 и задающих смешение рабочей точки транзистора, резистор 6, включенного в эмиттерную цепь транзистора 1 и выполн ющего роль отрицательной обратной св зи по посто нному току, конденсатора 7, шунтирующего резистор 6 по переменному току, конденсатора 8, шунтирующего по переменному,току базу транзистора 1 и конденсатора 9, включенного между коллектором и эмиттером транзистора 1 и образующего положительную обратную св зь дл возникновени генерации колебаний, конденсатора 10, шунтирующего точку соединени транзистора 4 и колебательного контура, состо щего из индуктивности 2 и конденсатора 3 по переменному току на общую точку (корпус), по- лупроводникового элемента11The device consists of an autogenerator containing a transistor 1, an oscillatory circuit formed by an eddy current transducer 2 and a capacitor 3 and included in the collector circuit of a transistor 1, resistors 4 and 5, connected by a common point to the base of transistor 1 and specifying the mixing of the operating point of the transistor, resistor 6, included into the emitter circuit of transistor 1 and acting as a negative DC feedback, a capacitor 7, shunting the resistor 6 by alternating current, a capacitor 8, shunting by alternating current the base of the transistor 1 and the capacitor 9 connected between the collector and the emitter of the transistor 1 and forming a positive feedback to generate oscillations, a capacitor 10 shunting the connection point of the transistor 4 and the oscillating circuit, consisting of inductance 2 and capacitor 3 by alternating current for a common point (case), semiconductor element 11

стабилизации амплитуды напр жени автогенератора на транзисторе 1, подключенного аналогично конденсатору 1.0, токового ключа 12, подключенного одним выводом к общей точке элементов 4, 2, 3, 10, другим выводом к регистрирующей аппаратуре и вл ющимс выходным выводом устройства , а к управл ющему входу токового ключа подключен выход детектора 13 и конденсатор 14, сглаживающий пульсации детектированного напр жени , причем вход детектора 13 подключен к коллектору транзистора 1. Параллельно токовому ключу 12 подключен резистор 15, обеспечивающий начальный ток схемы при полностью закрытом ключе.stabilization of the amplitude of the voltage of the oscillator on the transistor 1, connected similarly to the capacitor 1.0, the current switch 12, connected by one output to the common point of elements 4, 2, 3, 10, the other output to the recording equipment and which is the output terminal of the device, and to the control input the current switch is connected to the output of the detector 13 and the capacitor 14, which smooths the ripple of the detected voltage, and the input of the detector 13 is connected to the collector of the transistor 1. In parallel with the current switch 12, a resistor 15 is connected, providing tially current circuit completely closed manner.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

При отсутствии металла в зоне преобразовател 2 добротность колебательного контура максимальна, транзисторный автогенератор имеет максимальную амплитуду колебаний, ограниченную питающим автогенератор напр жением на стабилизаторе 11. При этом выходное напр жение детектора 13 максимально, токовый ключ 12 открыт и ток. потребл емый устройством, имеет максимум. При приближении металла к катушке 2 добротность колебательного контура снижаетс , уменьшаетс амплитуда колебаний в вихоетоковом преобразователе 2, уменьшаетс напр жение на выходе детектора 13. закрываетс токовый ключ 12 и уменьшаетс ток, потребл емый устрой- стом. При полом приближении металла амплитуда колебаний преобразовател 12In the absence of metal in the zone of the converter 2, the quality factor of the oscillatory circuit is maximum, the transistor oscillator has a maximum oscillation amplitude limited by the voltage supplying the oscillator to the stabilizer 11. In this case, the output voltage of the detector 13 is maximum, the current switch 12 is open and current. consumed by the device has a maximum. As the metal approaches the coil 2, the quality factor of the oscillating circuit decreases, the amplitude of the oscillations in the eddy current transducer 2 decreases, the voltage at the output of the detector 13 decreases, the current switch 12 closes, and the current consumed by the device decreases. With a hollow approximation of the metal, the oscillation amplitude of the transducer 12

00

55

00

55

00

55

00

55

00

55

минимальна, токовый ключ 12 закрыт, а ток, потребл емый устройством, определ етс величиной резистора 15. При отдалении от катушки 2 амплитуда колебаний возрастает и возрастает ток, потребл емый устройством .is minimal, the current switch 12 is closed, and the current consumed by the device is determined by the value of the resistor 15. As the distance from the coil 2 is increased, the oscillation amplitude increases and the current consumed by the device increases.

Чувствительность автогенератора к приближению металла к катушке 2 зависит от величины резистора обратной св зи 6.The sensitivity of the oscillator to the approach of the metal to the coil 2 depends on the value of the feedback resistor 6.

Сопоставление функциональной зависимости выходного тока от рассто ни катушки до металла осуществл етс взаимосв зью вольтамперных характеристик транзистора 1, стабилизатора 11, детектора 13, токового ключа 12.The functional dependence of the output current on the distance of the coil to the metal is compared by interconnecting the current-voltage characteristics of the transistor 1, the stabilizer 11, the detector 13, and the current switch 12.

Устройство 16 подключают п цепь питани следующим образом (см.фиг. 2). На выходе устанавливают резистор 17, одним выводом подключенный к источнику питани -i-Un, другим - к выходу устройства 16 и измерителю напр жени .The device 16 is connected to the power circuit as follows (see FIG. 2). At the output, a resistor 17 is installed, with one output connected to the -i-Un power source, and the other to the output of the device 16 and the voltage meter.

При отсутствии металла в зоне преобразовател напр жение на резисторе минимально . С приближением металла к преобразователю 2 ток, потребл емый устройством , уменьшаетс , напр жение на резисторе 17 увеличиваетс .In the absence of metal in the zone of the converter, the voltage across the resistor is minimal. As the metal approaches the converter 2, the current consumed by the device decreases, the voltage across the resistor 17 increases.

Устройство может быть использовано как датчик конечных перемещений, измеритель рассто ни до металла.The device can be used as a sensor of final displacements, a distance meter to metal.

Быстродействием устройства определ етс емкостью конденсатора 14.The speed of the device is determined by the capacitance of the capacitor 14.

В св зи с тем, что в устройстве используетс вихретоковый преобразователь, состо щий из катушки с одной обмоткой, устройство может быть выполнено в микро- электрониом исполнении.Due to the fact that the device uses an eddy current transducer consisting of a coil with one winding, the device can be made in microelectronic design.

В примере конкретного выполнени по схеме фиг. .1 стабилизатор амплитуды генератора выполнен посредством последовательного включени кремниевых эпитаксиальных пленарных диодов в пр мом включении, генератор собран по схеме емкостной трехточки, причем генератор и токовый ключ собраны на кремниевых транзисторах , а амплитудный детектор собран на кремниевом микросплавном диоде. Сердечник вихревого преобразовател выполнен из простого феррита, залитого МЖ.In a specific embodiment of the circuit of FIG. .1 the generator amplitude stabilizer is made by sequentially switching silicon epitaxial plenary diodes directly on, the generator is assembled according to a three-point capacitive circuit, the generator and current switch assembled on silicon transistors, and the amplitude detector assembled on a silicon microalloy diode. The core of the vortex transducer is made of simple ferrite filled with MF.

Claims

1. A device for detecting the presence of metal, comprising a self-oscillator with an oscillatory circuit in the collector circuit of the transistor and a resistor in the circuit of its emitter. TTz-current transducer, included in the oscillatory circuit, and a detector connected to the collector of the transistor, characterized in that, in order to increase the information content by measuring the distance to the metal, it

equipped with amplitude stabilizer on

the power supply circuit of the oscillator, controlled by a key, a resistor connected in parallel with the controlled circuit power circuit and the capacitance connected between the output of the detector and the ground, the oscillator is made according to the three-point capacitive circuit, the o / inH terminal of the controlled key is connected to the oscillator power bus, the second terminal is the output of the device, its control input is connected to the output of the detector, and the voltage regulator of the oscillator is connected between the first terminal of the controlled key and ground.

2. The device according to claim 1, characterized in that the eddy current transducer is filled with magnetic fluid.

sixteen

fm.1

.

Yzmeri / Elb

Mr. Lr