RU2343540C1

RU2343540C1 - Item position sensor

Info

Publication number: RU2343540C1
Application number: RU2007149360/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Карпенко (RU); Сергей Владимирович Карпенко
Original assignee: Сергей Владимирович Карпенко
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2009-01-10

Abstract

FIELD: physics; control.

SUBSTANCE: in the field of production processes automation. Sensor includes serially connected generator of electric vibrations with inductive sensitive element in the form of induction coil installed in annular groove of ferrite core open end with central opening, the first threshold element, serially connected multivibrator with capacitance sensitive element installed inside central opening of ferrite core coaxially with this opening, detector, the second threshold element, and also logical element AND, the first and second inlets of which are connected to outlets of the first and second threshold elements accordingly, and its outlet is sensor outlet. At that inductive and capacitance sensitive elements form sensitive element of sensor.

EFFECT: expansion of functional resources and higher reliability of sensor operation.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов в машиностроении и предназначено для контроля положения металлических изделий и исполнительных органов технологического оборудования без механического контакта с ними.The invention relates to the field of automation of production processes in mechanical engineering and is intended to control the position of metal products and executive bodies of technological equipment without mechanical contact with them.

Известен датчик, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника, генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу генератора электрических колебаний, выходную клемму, являющуюся выходом датчика (см. авторское свидетельство СССР №807401, кл. МКИ³ Н01Н 36/00. "Бесконтактный торцовый переключатель", 1981).A known sensor containing an inductive sensitive element, made in the form of an inductor placed in the annular groove of an open cup of a ferrite core, an electric oscillation generator, in the oscillatory circuit of which is included an inductive sensitive element, a threshold element, the input of which is connected to the output of the electric oscillation generator, the output the terminal, which is the output of the sensor (see USSR author's certificate No. 807401, class MKI ³ H01H 36/00. "Contactless mechanical switch", 1981).

Такой датчик обладает низкой надежностью контроля металлических контролируемых изделий из-за прохождения на его выход ложных срабатываний при случайном попадании посторонних металлических предметов в зону действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента, когда датчик находится в исходном состоянии, а контролируемое им изделие находится вне зоны действия его индуктивного чувствительного элемента. При этом ложные срабатывания проявляются на выходе датчика в виде ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1".Such a sensor has low reliability of control of metal controlled products due to false alarms when it accidentally gets foreign metal objects into the electromagnetic field of its inductive sensitive element when the sensor is in its original state and the product it controls is outside its range inductive sensing element. In this case, false alarms occur at the output of the sensor in the form of false voltage pulses with a logic level of "1".

Наряду с этим такой датчик имеет ограниченные функциональные возможности, так как не обеспечивается возможность встраивания заподлицо в металл на объекте эксплуатации каждого датчика из поставляемой изготовителем партии датчиков из-за того, что при схватывании индуктивного чувствительного элемента датчика металлическим материалом по всему периметру (или при схватывании части его периметра) боковой наружной поверхности ферритового сердечника имеют место два отрицательных фактора, существенно ограничивающих гарантированную возможность встраивания каждого датчика в металл заподлицо. Во-первых, между охватывающим металлом и катушкой индуктивности датчика образуется паразитный конденсатор, являющийся элементом колебательного контура генератора электрических колебаний датчика как дополнительная составляющая собственной емкости катушки индуктивности, воздействие которой на колебательный контур генератора эквивалентно действию дополнительной емкости, подключаемой параллельно к выводам катушки индуктивности индуктивного чувствительного элемента датчика. Образование такого паразитного конденсатора приводит к уменьшению добротности колебательного контура генератора датчика и, как следствие, к изменению расстояния срабатывания датчика, установленного в процессе регулировочных операций согласно техническим условиям на него, а также к ложным срабатываниям датчика в момент нахождения контролируемого изделия на грани точки срабатывания или в области дифференциала хода датчика (т.е. в области между точками срабатывания и отпускания датчика). Во-вторых, при монтаже такого датчика заподлицо в металлические элементы технологического оборудования происходит взаимодействие указанных металлических элементов с краевым электромагнитным полем чашки ферритового сердечника со стороны ее открытого торца на кромке, образованной плоскостью открытого торца чашки и ее наружной боковой поверхностью, в результате чего в колебательный контур генератора электрических колебаний датчика вносится охватывающим металлом существенное затухание. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению добротности колебательного контура генератора и к изменению расстояния срабатывания датчика относительно расстояния срабатывания, выставленного в производственных условиях в процессе регулировочных операций согласно техническим условиям на него, и даже к нарушению режима генерации электрических колебаний генератора и к катастрофическому отказу в результате потери функционирования тех экземпляров датчиков, в схеме генератора которых применяются в качестве усилительных элементов транзисторы с низкими значениями коэффициентов усиления по току из всего диапазона их значений, предусмотренных техническими условиями изготовителя транзисторов. Включением в таком датчике между корпусом чашки 2 ферритового сердечника и анодом стабилитрона 4 конденсатора утечки 3 устраняется первый отрицательный фактор, обуславливающий образование паразитного конденсатора при встраивании датчика заподлицо в металл. Но при этом не происходит устранения второго отрицательного фактора, вызывающего внесение затухания в колебательный контур генератора датчика, образованного катушкой индуктивности 5 и конденсатором 6, и уменьшение его добротности. В связи с этим производимые изготовителем датчики разделяются на две группы: датчики, встраиваемые в металл заподлицо на объекте эксплуатации, и датчики, не встраиваемые заподлицо в металл, что существенно ограничивает их функциональные возможности при применении.Along with this, such a sensor has limited functional capabilities, since it is not possible to integrate flush into the metal at the object of operation of each sensor from a batch of sensors supplied by the manufacturer due to the fact that when the inductive sensitive element of the sensor is seized with metal material around the perimeter (or when set part of its perimeter) of the lateral outer surface of the ferrite core there are two negative factors that significantly limit the guaranteed possible awn embedded into the metal of each sensor flush. Firstly, a parasitic capacitor forms between the covering metal and the sensor inductance coil, which is an element of the oscillatory circuit of the sensor’s generator of electrical oscillations as an additional component of the inductance of the inductor coil, the effect of which on the oscillator circuit of the generator is equivalent to the action of an additional capacitor connected in parallel to the terminals of the inductance sensitive sensor element. The formation of such a stray capacitor leads to a decrease in the quality factor of the oscillatory circuit of the sensor generator and, as a result, to a change in the response distance of the sensor installed during the adjustment operations according to its technical conditions, as well as to false responses of the sensor when the controlled product is on the verge of a response point or in the region of the differential stroke of the sensor (i.e., in the region between the points of operation and release of the sensor). Secondly, when such a sensor is mounted flush in the metal elements of the technological equipment, these metal elements interact with the edge electromagnetic field of the ferrite core cup from the side of its open end at the edge formed by the plane of the open end of the cup and its outer side surface, as a result of which The circuit of the generator of electric oscillations of the sensor is introduced by the female metal, significant attenuation. This, in turn, leads to a decrease in the quality factor of the oscillator circuit of the generator and to a change in the response distance of the sensor relative to the response distance set in the production process during the adjustment operations according to the technical conditions for it, and even to a violation of the generator's electrical oscillation mode and a catastrophic failure as a result of the loss of functioning of those instances of sensors in the generator circuit of which transistors are used as amplifying elements ry with low current amplification factors of the entire range of values provided by the manufacturer's specifications transistors. The inclusion of such a sensor between the cup body 2 of the ferrite core and the anode of the Zener diode 4 of the leakage capacitor 3 eliminates the first negative factor that causes the formation of a stray capacitor when the sensor is embedded flush into the metal. But this does not eliminate the second negative factor, causing the attenuation in the oscillatory circuit of the sensor generator formed by the inductor 5 and the capacitor 6, and a decrease in its quality factor. In this regard, the sensors manufactured by the manufacturer are divided into two groups: sensors that are embedded flush into the metal at the facility, and sensors that are not flush mounted to the metal, which significantly limits their functionality when used.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является датчик, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника, генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу генератора электрических колебаний, выходную клемму, являющуюся выходом датчика (см. авторское свидетельство СССР №1418778, кл. МКИ⁴ G06М 3/00, "Датчик устройства для счета мелких деталей", 1988).The closest in technical essence to the proposed solution is a sensor containing an inductive sensitive element made in the form of an inductor placed in the annular groove of an open cup of a ferrite core, an electric oscillation generator, in the oscillatory circuit of which is included an inductive sensitive element, a threshold element, the input of which connected to the output of the generator of electrical vibrations, the output terminal, which is the output of the sensor (see USSR copyright certificate No. 1418778, class MKI ⁴ G06M 3/00, "Sensor device for counting small parts", 1988).

Однако такой датчик обладает ограниченными функциональными возможностями при применении, потому что он не обеспечивает гарантированной возможности встраивания его заподлицо в металл на объекте эксплуатации. Это вызвано тем, что при схватывании его индуктивного чувствительного элемента металлическим материалом по всему периметру (или при схватывании части периметра) боковой наружной поверхности его ферритового сердечника имеет место существенный недостаток, ограничивающий возможность встраивания заподлицо в металл каждого датчика из поставляемой изготовителем партии датчиков. При монтаже такого датчика заподлицо в металлические элементы технологического оборудования происходит взаимодействие ее с краевым электромагнитным полем чашки его ферритового сердечника со стороны ее открытого торца по кромке, образованной плоскостью открытого торца чашки и ее наружной боковой поверхностью, в результате чего в колебательный контур генератора электрических колебаний датчика вносится металлом существенное затухание. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению добротности колебательного контура генератора и к изменению расстояния срабатывания датчика относительно расстояния срабатывания, выставленного в процессе его регулировки в производственных условиях и нормируемого в технических условиях на него, а также в эксплуатационной документации изготовителя датчика, в результате чего происходит преждевременное срабатывание датчика при нахождении контролируемого изделия на грани точки срабатывания или в области дифференциала хода (т.е. между точками срабатывания и отпускания датчика). Вместе с тем в таком датчике металлическая обкладка 12, охватывающая чашку ферритового сердечника 11 по периметру ее наружной боковой поверхности, взаимодействует с краевым электромагнитным полем индуктивного чувствительного элемента датчика, существующим со стороны открытого торца чашки на ее кромке, образованной плоскостью открытого торца чашки и ее наружной боковой поверхностью, в результате чего в колебательный контур генератора электрических колебаний датчика вносится металлической обкладкой 12 дополнительное затухание. Это, в свою очередь, приводит к дополнительному уменьшению добротности колебательного контура генератора и к изменению расстояния срабатывания датчика относительно расстояния срабатывания, выставленного в производственных условиях в процессе регулировочных операций согласно техническим условиям на него. Суммарное уменьшение добротности колебательного контура металлическими материалами и металлической обкладкой 12 приводит даже к нарушению режима генерации генератора и к катастрофическому отказу в результате потери функционирования тех экземпляров датчиков, в схеме генератора которых применяются в качестве усилительных элементов транзисторы с более низкими значениями коэффициентов усиления по току из всего диапазона их значений, предусмотренных техническими условиями изготовителя транзисторов. Чтобы скомпенсировать уменьшение добротности колебательного контура генератора датчика, необходимо применять транзисторы с более высокими значениями коэффициентов усиления по току, что не представляется возможным на стадии изготовления датчиков, так как изготовитель и организации-разработчики, согласующие применение транзисторов, своими нормативными документами запрещают при разработке и изготовлении изделий электронной техники отбор транзисторов по параметрам, дате и месту изготовления. В связи с этим изготовитель датчиков вынужден производить одни и те же датчики двух видов: датчики, встраиваемые в металл заподлицо на объекте эксплуатации, в которых применены транзисторы с большими значениями коэффициентов усиления по току, и датчики, не встраиваемые заподлицо в металл, в которых применены транзисторы с меньшими значениями коэффициентов усиления по току, что существенно ограничивает при применении их функциональные возможности из-за близости металла при встраивании заподлицо датчиков на объекте эксплуатации в металлические конструкции технологического оборудования.However, such a sensor has limited functionality when used, because it does not provide a guaranteed possibility of embedding it flush in the metal at the facility. This is because when grasping its inductive sensitive element with metallic material along the entire perimeter (or grasping part of the perimeter) of the lateral outer surface of its ferrite core, there is a significant drawback that limits the possibility of embedding flush into the metal of each sensor from the batch of sensors supplied by the manufacturer. When mounting such a sensor flush into the metal elements of the technological equipment, it interacts with the edge electromagnetic field of the cup of its ferrite core from the side of its open end along the edge formed by the plane of the open end of the cup and its outer side surface, resulting in an oscillating circuit of the sensor’s electric oscillator significant damping is introduced by the metal. This, in turn, leads to a decrease in the quality factor of the oscillator circuit of the generator and to a change in the response distance of the sensor relative to the response distance set during its adjustment under production conditions and normalized to its technical conditions, as well as in the operating documentation of the sensor manufacturer, as a result of which the sensor prematurely triggers when the controlled product is on the edge of the trigger point or in the area of the travel differential (i.e. between points triggering and releasing the sensor). However, in such a sensor, the metal plate 12, covering the cup of the ferrite core 11 around the perimeter of its outer side surface, interacts with the edge electromagnetic field of the inductive sensor element of the sensor existing on the side of the open end of the cup at its edge formed by the plane of the open end of the cup and its outer a lateral surface, as a result of which additional attenuation is introduced into the oscillatory circuit of the sensor’s generator of electrical vibrations by the metal plate 12. This, in turn, leads to an additional decrease in the quality factor of the oscillatory circuit of the generator and to a change in the response distance of the sensor relative to the response distance set in the production environment during adjustment operations according to its technical conditions. The total decrease in the quality factor of the oscillatory circuit with metallic materials and a metal plate 12 even leads to a violation of the generator generation mode and to a catastrophic failure as a result of the loss of functioning of those sensor instances in the generator circuit of which transistors with lower values of current amplification factors are used as amplifying elements the range of their values provided by the specifications of the manufacturer of transistors. In order to compensate for the decrease in the quality factor of the oscillatory circuit of the sensor generator, it is necessary to use transistors with higher values of current amplification factors, which is not possible at the stage of manufacture of sensors, since the manufacturer and development organizations that coordinate the use of transistors are forbidden by their regulatory documents in the development and manufacture electronic products selection of transistors according to parameters, date and place of manufacture. In this regard, the sensor manufacturer is forced to produce the same sensors of two types: sensors embedded in the metal flush at the facility, which use transistors with large current gain values, and sensors that are not embedded flush in the metal, in which they are used transistors with lower values of current amplification factors, which significantly limits their functionality when applied due to the proximity of the metal when flush-mounted sensors at the facility are used in the metal of sul design of technological equipment.

Таким образом, отсутствие гарантированной возможности встраивания датчика в металл заподлицо существенно сужает его функциональные возможности при применении в случае ограниченных объемов монтажного пространства и зон контроля в технологическом оборудовании, где применим только способ монтажа датчика в металл заподлицо.Thus, the absence of the guaranteed possibility of flush-mounting the sensor into the metal significantly reduces its functionality when used in the case of limited volumes of the installation space and control zones in technological equipment, where only the flush-mounted method of mounting the sensor is applicable.

Кроме того, такой датчик имеет низкую надежность работы из-за ложных срабатываний по его выходу при случайном попадании в зону действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента посторонних металлических предметов, когда датчик находится в исходном состоянии, а контролируемое изделие при этом находится вне зоны действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента. При этом ложные срабатывания датчика проявляются в виде формирования на его выходе ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1".In addition, such a sensor has low reliability due to false responses to its output in the event of accidental contact with the electromagnetic field of its inductive sensitive element of foreign metal objects when the sensor is in the initial state, and the controlled product is outside the electromagnetic range fields of its inductive sensitive element. In this case, false alarms of the sensor are manifested in the form of the formation of false voltage pulses at its output with a logic level of "1".

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей датчика путем исключения влияния близости посторонних металлических объектов на его параметры, а также повышение надежности работы датчика путем устранения его ложных срабатываний от посторонних металлических предметов.The purpose of the invention is to expand the functionality of the sensor by eliminating the influence of proximity of foreign metal objects on its parameters, as well as improving the reliability of the sensor by eliminating its false positives from foreign metal objects.

Поставленная цель достигается тем, что в известный датчик, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, первый пороговый элемент, в него введены последовательно соединенные мультивибратор с емкостным чувствительным элементом, подключенным к его входу и выполненным в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, повторяющей геометрическую форму центрального отверстия ферритового сердечника, детектор, второй пороговый элемент, а также логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго пороговых элементов соответственно, а выход его является выходом датчика, причем емкостной чувствительный элемент установлен внутри центрального отверстия ферритового сердечника соосно с этим отверстием со смещением относительно открытого торца ферритового сердечника вдоль оси симметрии его центрального отверстия в сторону закрытого торца ферритового сердечника, а индуктивный и емкостной чувствительные элементы образуют чувствительный элемент датчика, при этом плоскость открытого торца ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность датчика.This goal is achieved by the fact that in a known sensor containing an inductive sensing element made in the form of an inductor placed in an annular groove of the open end of a ferrite core with a central hole, the oscillation generator is connected in series, the inductive sensor of which is included in the oscillatory circuit, the first threshold element, a multivibrator connected in series with a capacitive sensitive element connected to its input and made in the form of a conductive plate with a geometric shape that repeats the geometric shape of the central hole of the ferrite core, a detector, a second threshold element, and a logical element And, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second threshold elements, respectively, and its output is the output sensor, and a capacitive sensing element is installed inside the Central hole of the ferrite core coaxially with this hole with an offset relative to the open end of the fer core along the axis of symmetry of its Central hole in the direction of the closed end of the ferrite core, and the inductive and capacitive sensors form the sensor element of the sensor, while the plane of the open end of the ferrite core of the inductive sensor element and one of the planes of the capacitive sensor element, directed in one direction, are installed parallel and form a sensitive sensor surface.

На фиг.1 представлена функциональная схема датчика; на фиг.2 - схема взаимного расположения индуктивного и емкостного чувствительных элементов и контролируемого изделия; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу не встроенного заподлицо в металл датчика при срабатывании его от металлических изделий; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу встроенного в металл датчика при срабатывании его от металлических изделий.Figure 1 presents the functional diagram of the sensor; figure 2 is a diagram of the mutual arrangement of inductive and capacitive sensitive elements and the controlled product; figure 3 is a voltage diagram explaining the operation is not built-in flush into the sensor metal when it is triggered from metal products; figure 4 is a voltage diagram explaining the operation of the sensor built into the metal when it is triggered from metal products.

Датчик содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, помещенной со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 с центральным отверстием в ее кольцевом пазу, высокочастотный генератор электрических колебаний 4, выполненный, например, по схеме автогенератора с индуктивной трехточкой, причем выходы индуктивного чувствительного элемента 1 подключены к цепям его колебательного контура (см. авторское свидетельство СССР №1418778, кл. МКИ⁴ G06М 3/00. "Датчик устройства для счета мелких деталей, 1988), первый пороговый элемент 5, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний 4, логический элемент И6, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента 5, выходную клемму 7, подключенную к выходу логического элемента И6 и являющуюся выходом датчика, емкостной чувствительный элемент 8, последовательно включенные мультивибратор 9, к входу которого подключен емкостной чувствительный элемент 8, выполненный, например, по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на основе операционного усилителя (см. книгу Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. радио, 1974, с.175, рис.4.42, а), детектор 10, выполненный, например, по схеме диодного пассивного преобразователя амплитудных значений переменного напряжения в постоянное с последовательным включением выпрямительного диода с выходной нагрузкой в виде параллельной RC - цепи (см. книгу: Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. - М.: Сов. радио, 1977, с.174, рис.4.9, б), второй пороговый элемент 11, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, выход которого соединен со вторым входом логического элемента И 6.The sensor contains (see Fig. 1) an inductive sensitive element 1 made in the form of an inductor 2 placed on the side of the open end of a cup of a ferrite core 3 with a central hole in its annular groove, a high-frequency generator of electric oscillations 4, made, for example, according to the scheme inductively trehtochkoy oscillator, wherein the outputs of the inductive sensor element 1 are connected to circuits its oscillating circuit (see. USSR Inventor's certificate №1418778, Cl. ⁴ MKI G06M 3/00. "sensor device for small accounts d talley, 1988), the first threshold element 5, made, for example, according to the Schmitt trigger circuit, the input of which is connected to the output of the high-frequency generator of electric oscillations 4, the logical element I6, the first input of which is connected to the output of the first threshold element 5, the output terminal 7, connected to the output of the logical element I6 and which is the output of the sensor, a capacitive sensitive element 8, a multivibrator 9 connected in series, to the input of which a capacitive sensitive element 8 is connected, made, for example, according to the circuit -symmetric square pulse oscillator on the basis of the operational amplifier (cm. the book Shilo V.L. Linear integrated circuits in electronic equipment. - M .: Sov. radio, 1974, p.175, Fig. 4.42, a), detector 10, made, for example, according to the scheme of a diode passive converter of amplitude values of alternating voltage to constant with series connection of a rectifying diode with an output load in the form of a parallel RC circuit (see book: LI Volgin. Measuring transducers of alternating voltage to constant. - M .: Sov. radio, 1977, p.174, fig. 4.9, b), second threshold element 11, made, for example, according to the Schmitt trigger scheme, output which is connected to the second input of the logical element And 6.

Индуктивный чувствительный элемент 1 включает в себя катушку индуктивности 2, ферритовый сердечник 3, выполненный в виде чашки, имеющей открытый и закрытый торцы. Со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 установлена обмотка катушки индуктивности 2. У открытого торца чашки ферритового сердечника 3 при подаче высокочастотного сигнала на катушку индуктивности 2 с генератора 4 образуется в воздушном пространстве электромагнитное поле 12. Магнитный поток этого поля замыкается через воздушное пространство между внутренним кольцевым выступом чашки, установленным внутри центрального отверстия катушки индуктивности 2, и наружным кольцевым выступом чашки, охватывающим своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности 2 по ее периметру. Причем на внешней кромке наружного кольцевого выступа чашки ферритового сердечника 3, образованной поверхностью открытого торца чашки ферритового сердечника 3 и ее наружной боковой поверхностью, существует электромагнитное поле рассеяния 13. При этом перед закрытым торцом чашки в воздушном пространстве электромагнитное поле не возникает, так как его магнитный поток замыкается внутри сердечника через сплошной слой феррита, образующего закрытый торец чашки, т.е. происходит экранирование этим слоем электромагнитного поля со стороны закрытого торца ферритового сердечника 3. Внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3 электромагнитное поле также отсутствует, так как это отверстие выполнено в сплошном слое феррита, и магнитный поток замыкается внутри ферритового сердечника 3 через этот слой феррита вследствие небольшого сопротивления феррита для магнитного потока по сравнению с сопротивлением воздуха. Поэтому взаимодействие емкостного чувствительного элемента 8, установленного внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3, с электромагнитным полем 12 катушки индуктивности 2 полностью исключается.The inductive sensing element 1 includes an inductor 2, a ferrite core 3, made in the form of a cup having open and closed ends. On the side of the open end of the cup of the ferrite core 3, a winding of the inductor 2 is installed. At the open end of the cup of the ferrite core 3, when the high-frequency signal is applied to the inductor 2 from the generator 4, an electromagnetic field 12 is formed in the airspace. The magnetic flux of this field is closed through the air space between the internal an annular protrusion of the cup mounted inside the Central hole of the inductor 2, and an outer annular protrusion of the cup, covering its inner b kovoy outer side surface of the coil surface 2 on its perimeter. Moreover, on the outer edge of the outer annular protrusion of the cup of the ferrite core 3, formed by the surface of the open end of the cup of the ferrite core 3 and its outer lateral surface, there is an electromagnetic field of dispersion 13. In this case, an electromagnetic field does not occur in front of the closed end of the cup in air space, since its magnetic the flow closes inside the core through a continuous layer of ferrite forming a closed end of the cup, i.e. this layer is shielded by the electromagnetic field from the closed end of the ferrite core 3. Inside the central hole of the ferrite core 3, the electromagnetic field is also absent, since this hole is made in a continuous layer of ferrite, and the magnetic flux closes inside the ferrite core 3 through this layer of ferrite due to the small resistance ferrite for magnetic flux compared to air resistance. Therefore, the interaction of the capacitive sensing element 8, installed inside the Central hole of the ferrite core 3, with the electromagnetic field 12 of the inductor 2 is completely eliminated.

Емкостной чувствительный элемент 8, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора 9, является одной из обкладок частотозадающего "раскрытого конденсатора", второй обкладкой которого являются электрические цепи общей "земли" мультивибратора 9 и датчика в целом, и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора 9 (см. журнал Радио, №10, 2002, с.38, рис.1; с.39, рис.3). При этом емкостной чувствительный элемент 8 выполнен в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, повторяющий геометрическую форму сквозного центрального отверстия, выполненного в чашке ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1. Причем емкостной чувствительный элемент 8 установлен внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3 соосно с этим отверстием со смещением относительно поверхности открытого торца чашки ферритового сердечника 3 вдоль оси симметрии центрального отверстия ферритового сердечника 3 в сторону, противоположную размещению катушки индуктивности 2, т.е. в сторону закрытого торца ферритового сердечника 3. Наличие такого смещения не позволяет потоку рассеяния (на фиг.2 не показан) электромагнитного поля 12, существующего непосредственно у передней кромки центрального отверстия со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3, взаимодействовать с поверхностью емкостного чувствительного элемента 8 и тем самым исключает возможность внесения нежелательного дополнительного затухания в колебательный контур генератора электрических колебаний 4. Это, в свою очередь, исключает возможность снижения добротности колебательного контура генератора 4 и нарушения его режима генерации электрических колебаний, приводящего к нарушению работоспособности датчика.Capacitive sensing element 8, connected in the negative feedback circuit to the inverting input of the operational amplifier of the multivibrator 9, is one of the plates of the frequency-setting "open capacitor", the second lining of which is the electrical circuit of the common ground of the multivibrator 9 and the sensor as a whole, and serves as capacitive sensitive multivibrator element 9 (see Radio Journal, No. 10, 2002, p. 38, fig. 1; p. 39, fig. 3). In this case, the capacitive sensing element 8 is made in the form of a conductive plate with a geometric shape, repeating the geometric shape of the through central hole made in the cup of the ferrite core 3 of the inductive sensing element 1. Moreover, the capacitive sensing element 8 is installed inside the central opening of the ferrite core 3 coaxially with this hole with displacement relative to the surface of the open end of the cup of the ferrite core 3 along the axis of symmetry of the central hole of the ferrite core 3 in the direction opposite to the placement of the inductor 2, i.e. towards the closed end of the ferrite core 3. The presence of such a displacement does not allow the scattering flux (not shown in FIG. 2) of the electromagnetic field 12 existing directly at the leading edge of the central hole from the open end of the cup of the ferrite core 3 to interact with the surface of the capacitive sensor 8 and thereby eliminates the possibility of introducing unwanted additional attenuation into the oscillatory circuit of the generator of electrical vibrations 4. This, in turn, eliminates the possible to reduce the quality factor of the oscillatory circuit of the generator 4 and the violation of its mode of generation of electrical oscillations, leading to disruption of the sensor.

При этом индуктивный и емкостной чувствительные элементы 1, 8 образуют чувствительный элемент датчика. Причем плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника 3 катушки индуктивности 2 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 8, направленные в одну сторону, т.е. в сторону контролируемого изделия 14, установлены параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность датчика.In this case, the inductive and capacitive sensitive elements 1, 8 form a sensitive element of the sensor. Moreover, the plane of the open end of the cup of the ferrite core 3 of the inductor 2 and one of the planes of the capacitive sensing element 8, directed in one direction, i.e. towards the controlled product 14, are installed parallel to each other and form a sensitive surface of the sensor.

Такое взаимное расположение в пространстве емкостного и индуктивного чувствительных элементов 8, 1 и контролируемого изделия 14 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 15 (16) относительно чувствительного элемента датчика параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 12 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3 и электрического поля 17 емкостного чувствительного элемента 8 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 14 с электромагнитным полем 12 и электрическим полем 17. Это, в свою очередь, обеспечивает:Such a mutual arrangement in space of capacitive and inductive sensitive elements 8, 1 and the controlled product 14 (see figure 2) when it passes in the direction of arrow 15 (16) relative to the sensitive element of the sensor parallel to its sensitive surface within the limits of the electromagnetic field 12 of the open the end face of the cup of the ferrite core 3 and the electric field 17 of the capacitive sensing element 8 always provides a consistent interaction of the controlled product 14 with an electromagnetic field 12 and ektricheskim field 17. This, in turn, provides:

1) формирование на выходе порогового элемента 5 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия 14 в электромагнитном поле 12 индуктивного чувствительного элемента 1 датчика. При этом на выходе порогового элемента 11 формируется импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия 14 в электрическом поле 17 емкостного чувствительного элемента 8 датчика;1) the formation of the output of the threshold element 5 of the voltage pulse with a logical level of "1" with a duration equal to the duration of the stay of the controlled product 14 in the electromagnetic field 12 of the inductive sensitive element 1 of the sensor. At the same time, a voltage pulse is generated at the output of the threshold element 11 with a logic level “1” of duration equal to the length of time the monitored product 14 is in the electric field 17 of the capacitive sensor element 8 of the sensor;

2) получение на выходе порогового элемента 5 в случае взаимодействия металлического контролируемого изделия 14 с индуктивным чувствительным элементом 1 датчика импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью всегда большей, чем длительность импульса на выходе порогового элемента 11;2) receiving at the output of the threshold element 5 in the case of interaction of the metal-controlled product 14 with the inductive sensitive element 1 of the voltage pulse sensor with a logic level “1” of duration always greater than the pulse duration at the output of the threshold element 11;

3) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс порогового элемента 5, длительность которого больше, чем длительность импульса на выходе порогового элемента 11, всегда "охватывал" выходной импульс последнего.3) the arrangement on the time axis of the generated pulses in such a way that the output pulse of the threshold element 5, the duration of which is longer than the duration of the pulse at the output of the threshold element 11, always "covers" the output pulse of the latter.

Такое взаимное расположение индуктивного и емкостного чувствительных элементов и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием, а также соответствующая обработка предложенной схемой датчика их выходных сигналов позволяют расширить функциональные возможности датчика при его эксплуатации путем устранения влияния близости металлических материалов на его характеристики, а также повысить надежность его работы путем устранения ложных срабатываний датчика от посторонних металлических предметов, случайно попадающих в зону действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента.Such a mutual arrangement of the inductive and capacitive sensitive elements and their interaction in the sequence described above with the controlled product, as well as the corresponding processing of the sensor output signals by the proposed sensor circuit, can expand the sensor's functionality during its operation by eliminating the influence of the proximity of metallic materials on its characteristics, and also increase the reliability of its work by eliminating false alarms of the sensor from foreign metal objects yno electromagnetic field entering the coverage area of its inductive sensor element.

Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.

Рассмотрим работу датчика в двух случаях, когда датчик не встроен и встроен заподлицо в металл на объекте эксплуатации.Consider the operation of the sensor in two cases when the sensor is not integrated and embedded flush into the metal at the facility.

Случай 1. Датчик не встроен заподлицо в металл.Case 1. The sensor is not embedded flush into the metal.

После подачи напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 14 вне зоны чувствительной поверхности датчика (см. фиг.2) генератор 4 переходит в режим генерации электрических колебаний, постоянная составляющая тока которых на его выходе создает падение напряжения, превышающее входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. При этом последний переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 6 (см. фиг.3). Вместе с тем в момент подачи напряжения питания мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10, на входе порогового элемента 11 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате пороговый элемент 11 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на втором входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.3). После чего на первом и втором входах логического элемента 6 устанавливаются соответственно напряжения U1 и U2 с уровнями логического "0". При этом на его выходе и на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 также с уровнем логического "0".After applying the supply voltage when the controlled product 14 is outside the zone of the sensor’s sensitive surface (see FIG. 2), the generator 4 switches to the mode of generating electric oscillations, the constant current component of which at its output creates a voltage drop exceeding the input threshold voltage value of the trigger of the threshold element 5. In this case, the latter will switch to such a stable state, at which voltage U1 is set at its output with a logic level of “0”, which is applied to the first input sky element 6 (see Fig. 3). At the same time, at the moment of supplying the supply voltage, the multivibrator 9 goes into a braked state, in which at its output, at the input and output of the detector 10, at the input of the threshold element 11, voltages with logic levels of "0" are set. As a result, the threshold element 11 is set in such a stable state that at its output and at the second input of the logic element 6, the voltage U2 is set with a logic level of "0" (see figure 3). Then, at the first and second inputs of the logic element 6 are set, respectively, the voltage U1 and U2 with levels of logical "0". At the same time, voltage U3 is also set at its output and at output terminal 7 with a logic level of “0”.

Таким образом, после подачи напряжения питания датчик устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 14 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0". После чего датчик готов к первому циклу контроля металлических изделий.Thus, after applying the supply voltage, the sensor is set to its initial state, in which the controlled product 14 is located outside its sensitive surface, and the voltage U3 is set at the output terminal 7 with a logic level of “0”. Then the sensor is ready for the first cycle of control of metal products.

При перемещении в направлении стрелки 15 (16) в зону чувствительной поверхности датчика металлического контролируемого изделия 14 оно входит в зону действия электромагнитного поля 12. При этом происходит срыв генерации электрических колебаний генератора 4 вследствие внесения существенного затухания в его колебательный контур металлическим контролируемым изделием 14. В результате пороговый элемент 5 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.3). Но уровень логической "1" напряжения U1 на выход логического элемента 6 и на выходную клемму 7 не проходит, так как на его второй вход с выхода второго порогового элемента 11 подается напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение.When moving in the direction of the arrow 15 (16) into the area of the sensitive surface of the sensor of the metal controlled product 14, it enters the zone of influence of the electromagnetic field 12. In this case, the generation of electrical oscillations of the generator 4 is disrupted due to the significant attenuation in its oscillating circuit by the metal controlled product 14. B As a result, the threshold element 5 switches to another stable state, in which the voltage U1 s is set at its output and at the first input of the logic element 6 logical level "1" (see figure 3). But the logic level “1” of voltage U1 does not pass to the output of logic element 6 and to output terminal 7, since voltage U2 with a logic level “0” is prevented from passing through its second input from the output of the second threshold element 11.

Далее контролируемое изделие 14, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 12, входит в зону действия электрического поля 17 емкостного чувствительного элемента 8 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 9 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 9 преобразуется детектором 10 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 11. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.3), которое подается на второй вход логического элемента 6. Так как на обоих входах логического элемента 6 с выходов пороговых элементов 5,11 устанавливаются соответственно напряжения U1, U2 с уровнями логической "1", на его выходе и на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1".Next, the controlled product 14, remaining in the zone of influence of the electromagnetic field 12, enters the zone of action of the electric field 17 of the capacitive sensing element 8 and forms an electric capacitor with it. The value of the electric capacitance of the capacitor formed in this way increases to a level at which the multivibrator 9 is excited and switches to the mode of generating electric oscillations. The amplitude of the output pulses of the multivibrator 9 is converted by the detector 10 into a constant voltage with a logic level of "1", which exceeds the input threshold voltage value of the trigger of the threshold element 11. In this case, the latter switches to another stable state, at which voltage U2 with a logic level is set at its output 1 "(see figure 3), which is fed to the second input of the logic element 6. Since both inputs of the logic element 6 from the outputs of the threshold elements 5.11 are set respectively voltage I U1, U2 with the logic "1" at its output and the output terminal 7 is installed U3 voltage logic level "1".

При дальнейшем перемещении в выбранном направлении контролируемое изделие 14, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 12, выходит из зоны действия электрического поля 17. При этом мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате на вход порогового элемента 11 подается напряжение с уровнем логического "0", под действием которого он переключается в другое состояние, т.е. в исходное состояние, и на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0". Этот нулевой логический уровень напряжения U2 поступает на второй вход логического элемента 6, в результате чего логический элемент 6 переключается и на его выходе и выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0. На этом формирование сигнала контроля металлического изделия 14 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 заканчивается.With further movement in the selected direction, the controlled product 14, remaining in the zone of influence of the electromagnetic field 12, leaves the zone of action of the electric field 17. In this case, the multivibrator 9 goes into a locked state, i.e. in the initial state, in which at its output, at the input and output of the detector 10, voltages with logical levels of "0" are set. As a result, a voltage with a logic level of “0” is applied to the input of the threshold element 11, under the influence of which it switches to another state, i.e. to the initial state, and at its output, the voltage U2 is set with a logic level of "0". This zero logic level of voltage U2 is supplied to the second input of logic element 6, as a result of which logic element 6 is switched and voltage U3 is set at its output and output terminal 7 with a logic level of 0. This is the formation of a control signal of a metal product 14 with a logic level 1 "at output terminal 7 ends.

Затем контролируемое изделие 14 выходит из зоны действия электромагнитного поля 12. В результате генератор 4 переходит в режим генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние, при котором происходит переключение порогового элемента 5 также в исходное состояние, после чего на его выходе и на первом входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0". При этом переключения логического элемента 6 не происходит, так как на его обоих входах установлены напряжения U1, U2 с уровнями логического "0", после чего на его выходе и на выходной клемме 7 продолжает присутствовать напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подтверждает нахождение логического элемента 6, а следовательно, и датчика в исходном состоянии. На этом цикл контроля металлического изделия на выходной клемме 7 заканчивается.Then, the controlled product 14 leaves the zone of influence of the electromagnetic field 12. As a result, the generator 4 goes into the mode of generating electric oscillations, i.e. to the initial state, in which the threshold element 5 switches also to the initial state, after which voltage U1 with a logic level of “0” is set at its output and at the first input of the logic element 6. At the same time, switching of logic element 6 does not occur, since voltages U1, U2 with levels of logic “0” are set at both its inputs, after which voltage U3 with logic level “0” continues to be present at its output and at output terminal 7, which confirms finding the logical element 6, and therefore the sensor in the initial state. This completes the control cycle of the metal product at the output terminal 7 ends.

При повторном прохождении контролируемого металлического изделия 14 относительно чувствительной поверхности датчика описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл контроля металлического изделия повторяется.When re-passing the controlled metal product 14 relative to the sensitive surface of the sensor described above in accordance with the diagrams shown in Fig.3, the control cycle of the metal product is repeated.

Повышение надежности работы датчика за счет устранения его ложных срабатываний при случайном попадании в зону действия электромагнитного поля 12 индуктивного чувствительного элемента 1 посторонних металлических предметов происходит следующим образом. При попадании в зону действия электромагнитного поля 12 постороннего металлического предмета генератором 4 и пороговым элементом 5 формируется ложный импульс напряжения U1 с уровнем логической "1", который подается на первый вход логического элемента 6. Но на его выход и на выходную клемму 7 датчика уровень логической "1" этого ложного импульса напряжения U1 не проходит, так как на втором входе логического элемента 6 с выхода порогового элемента 11 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение. В результате формирования на выходе датчика ложного импульса напряжения U3 с уровнем логической "1" не происходит.Improving the reliability of the sensor by eliminating its false responses in case of accidental contact with the electromagnetic field 12 of the inductive sensitive element 1 of foreign metal objects occurs as follows. When a foreign metal object gets into the electromagnetic field 12 of the electromagnetic field 12 by the generator 4 and the threshold element 5, a false voltage pulse U1 with a logic level of "1" is formed, which is fed to the first input of logic element 6. But the logic level is at its output and at output terminal 7 of the sensor "1" of this false pulse voltage U1 does not pass, because at the second input of the logic element 6 from the output of the threshold element 11, the voltage U2 is set with a logic level of "0", which prohibits its passage. As a result of the formation of a false pulse at the sensor output, voltage U3 does not occur with a logic level of “1”.

Случай 2. Датчик встроен заподлицо в металл и подвержен его влиянию.Case 2. The sensor is embedded flush in the metal and is subject to its influence.

После подачи напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 14 вне зоны чувствительной поверхности датчика (см. фиг.2) генератор 4 переходит в режим срыва генерации электрических колебаний вследствие взаимодействия металла (на фиг.2 не показан), в который датчик встраивается заподлицо, с электромагнитным полем рассеяния 13 индуктивного чувствительного элемента 1 и внесения им существенного затухания в колебательный контур генератора 4. При этом постоянная составляющая тока на выходе генератора 4 создает падение напряжения, которое не превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. После чего пороговый элемент 5 переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на первый вход логического элемента 6. Вместе с тем в момент подачи напряжения питания мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10, на входе порогового элемента 11 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате пороговый элемент 11 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на втором входе логического элементов 6 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.4), после чего на первом и втором входах логического элемента 6 устанавливаются соответственно напряжения U1 с уровнем логической "1" и U2 с уровнем логического "0", поэтому на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0".After applying the supply voltage when the controlled product 14 is outside the zone of the sensor’s sensitive surface (see Fig. 2), the generator 4 switches to the mode of disruption of the generation of electrical vibrations due to the interaction of the metal (not shown in Fig. 2), into which the sensor is flush-mounted, the electromagnetic field of scattering 13 of the inductive sensitive element 1 and making it a significant attenuation in the oscillatory circuit of the generator 4. In this case, the constant current component at the output of the generator 4 creates a voltage drop, which does not exceed the input threshold voltage value of the trigger of the threshold element 5. After that, the threshold element 5 is switched to such a stable state that the voltage U1 with the logic level “1” is set at its output (see FIG. 4), which is supplied to the first input logic element 6. At the same time, when the supply voltage is applied, the multivibrator 9 goes into a braked state, in which voltage with logic levels are set at its output, at the input and output of the detector 10, at the input of the threshold element 11 esky "0". As a result, the threshold element 11 is set in such a stable state that at its output and at the second input of the logic elements 6 the voltage U2 is set with the logic level “0” (see FIG. 4), after which the first and second inputs of the logic element 6 voltage U1 with a logic level of "1" and U2 with a logic level of "0" are set respectively, so the voltage U3 with a logic level of "0" is set at its output.

Таким образом, после подачи напряжения питания датчик устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 14 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", после чего датчик готов к первому циклу контроля металлических изделий.Thus, after applying the supply voltage, the sensor is set to its initial state, in which the controlled product 14 is located outside its sensitive surface, and the output terminal 7 is set to voltage U3 with a logic level of "0", after which the sensor is ready for the first cycle of control of metal products .

При перемещении в направлении стрелки 15 (16) в зону чувствительной поверхности датчика металлического контролируемого изделия 14 оно входит в зону действия электромагнитного поля 12. При этом генератор 4 вследствие внесенного существенного затухания в его колебательный контур металлом, в который он встроен заподлицо, продолжает находиться в режиме срыва генерации электрических колебаний. В результате пороговый элемент 5 находится в таком устойчивом состоянии, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 6 установлено напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.4).When moving in the direction of arrow 15 (16) into the zone of the sensitive surface of the sensor of the metal controlled product 14, it enters the zone of action of the electromagnetic field 12. In this case, the generator 4, due to the significant attenuation introduced into its oscillating circuit by the metal into which it is embedded flush, continues to be in stall mode generating electrical oscillations. As a result, the threshold element 5 is in such a stable state that the voltage U1 with the logic level “1” is set at its output and at the first input of the logic element 6 (see Fig. 4).

Далее контролируемое изделие 14, продолжая оставаться в зоне действия электромагнитного поля 12, входит в зону действия электрического поля 17 емкостного чувствительного элемента 8 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 9 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 9 преобразуется детектором 10 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 11. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на второй вход логического элемента 6. Так как на обоих входах логического элемента 6 с выходов пороговых элементов 5, 11 устанавливаются соответственно напряжения U1, U2 с уровнями логической "1", на его выходе и на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1". На этом формирование сигнала контроля металлического изделия 14 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 заканчивается.Next, the controlled product 14, while continuing to remain in the zone of influence of the electromagnetic field 12, enters the zone of action of the electric field 17 of the capacitive sensing element 8 and forms an electric capacitor with it. The value of the electric capacitance of the capacitor formed in this way increases to a level at which the multivibrator 9 is excited and switches to the mode of generating electric oscillations. The amplitude of the output pulses of the multivibrator 9 is converted by the detector 10 into a constant voltage with a logic level of "1", which exceeds the input threshold voltage value of the trigger of the threshold element 11. In this case, the latter switches to another stable state, at which voltage U2 with a logic level is set at its output 1 "(see figure 4), which is fed to the second input of the logic element 6. Since both inputs of the logic element 6 from the outputs of the threshold elements 5, 11 are set respectively voltage U1, U2 with logic levels “1”, voltage U3 with logic level “1” is set at its output and at output terminal 7. This generates a control signal of the metal product 14 with a logic level of "1" at the output terminal 7 ends.

При дальнейшем перемещении в выбранном направлении контролируемое изделие 14, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 12, выходит из зоны действия электрического поля 17. При этом мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате на вход порогового элемента 11 подается напряжение с уровнем логического "0", под действием которого он переключается в другое состояние, т.е. в исходное состояние, и на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0". Этот нулевой логический уровень напряжения U2 поступает на второй вход логического элемента 6, в результате чего логический элемент 6 переключается, и на его выходе и выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0". На этом формирование сигнала контроля металлического изделия 14 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 заканчивается.With further movement in the selected direction, the controlled product 14, remaining in the zone of influence of the electromagnetic field 12, leaves the zone of action of the electric field 17. In this case, the multivibrator 9 goes into a locked state, i.e. in the initial state, in which at its output, at the input and output of the detector 10, voltages with logical levels of "0" are set. As a result, a voltage with a logic level of “0” is applied to the input of the threshold element 11, under the influence of which it switches to another state, i.e. to the initial state, and at its output, the voltage U2 is set with a logic level of "0". This zero logic level of voltage U2 is supplied to the second input of logic element 6, as a result of which logic element 6 is switched, and voltage U3 with a logic level of "0" is set at its output and output terminal 7. This generates a control signal of the metal product 14 with a logic level of "1" at the output terminal 7 ends.

Затем контролируемое изделие 14 выходит из зоны действия электромагнитного поля 12, после чего генератор 4 продолжает находиться в режиме срыва генерации электрических колебаний, т.е. в исходном состоянии, при котором пороговый элемент 5 также продолжает находиться в исходном состоянии, и на его выходе и на первом входе логического элемента 6 установлено напряжение U1 с уровнем логической "1". При этом логический элемент 6 продолжает находиться в исходном состоянии, так как на его втором входе установлено напряжение U2 с уровнем логического "0". В результате на его выходе и на выходной клемме 7 продолжает присутствовать напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подтверждает нахождение логического элемента 6, и, следовательно, датчика в исходном состоянии. На этом цикл контроля металлического изделия на выходной клемме 7 заканчивается.Then, the controlled product 14 leaves the zone of influence of the electromagnetic field 12, after which the generator 4 continues to be in the mode of disruption of the generation of electrical oscillations, i.e. in the initial state, in which the threshold element 5 also continues to be in the initial state, and at its output and at the first input of the logic element 6, a voltage U1 with a logic level of "1" is set. In this case, the logic element 6 continues to be in its original state, since the voltage U2 with the logic level “0” is set at its second input. As a result, at its output and at output terminal 7, voltage U3 continues to be present with a logic level of "0", which confirms the presence of logic element 6, and therefore the sensor, in its initial state. This completes the control cycle of the metal product at the output terminal 7 ends.

При повторном прохождении контролируемого металлического изделия 14 относительно чувствительной поверхности датчика описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4, цикл контроля металлического изделия повторяется.When re-passing the controlled metal product 14 relative to the sensitive surface of the sensor described above in accordance with the diagrams shown in Fig.4, the control cycle of the metal product is repeated.

Таким образом, при встраивании предлагаемого датчика заподлицо в металл исключается его влияние на параметры срабатывания датчика, что существенно расширяет его функциональные возможности при применении. Так, например, предлагаемое техническое решение датчика обеспечивает гарантированное получение в производстве 100%-ного выхода датчиков, любой экземпляр которых пригоден как для монтажа в виде встраиваемого, так и невстраиваемого заподлицо датчика в металлические элементы технологического оборудования на объектах его эксплуатации, что, в свою очередь, расширяет функциональные возможности предлагаемого датчика в части расширения решаемых задач по автоматизации различных видов технологического оборудования, имеющего ограниченные объем монтажного пространства для датчика и зону его контроля. Кроме того, с помощью каждого экземпляра предлагаемого датчика обеспечивается контроль дна в глухом отверстии металлической детали или наличие отдельных металлических деталей на дне глухого отверстия сборочной единицы, находящейся на операции контроля. Наряду с этим в процессе технологических операций с помощью любого экземпляра предлагаемого датчика обеспечивается возможность производить контроль металлических деталей или металлических исполнительных органов машин и механизмов технологического оборудования в труднодоступных местах, например, при необходимости проникновения датчика для контроля детали через сквозное отверстие, внутренняя металлическая поверхность которого вплотную примыкает к наружной поверхности индуктивного чувствительного элемента датчика.Thus, when embedding the proposed sensor flush into the metal, its influence on the sensor response parameters is excluded, which significantly expands its functionality when used. So, for example, the proposed technical solution of the sensor ensures guaranteed production of 100% output of sensors in production, any copy of which is suitable for installation in the form of a built-in or non-flush-mounted sensor in the metal elements of technological equipment at the objects of its operation, which, in its in turn, it expands the functionality of the proposed sensor in terms of expanding the tasks to be solved in automating various types of technological equipment with limited volume m installation space for the sensor and its control zone. In addition, with each instance of the proposed sensor, the bottom is monitored in the blind hole of the metal part or the presence of individual metal parts at the bottom of the blind hole of the assembly unit in the control operation. Along with this, in the process of technological operations using any instance of the proposed sensor, it is possible to control metal parts or metal actuators of machines and mechanisms of technological equipment in hard-to-reach places, for example, if it is necessary for the sensor to penetrate to control the part through a through hole, the inner metal surface of which is close adjacent to the outer surface of the inductive sensor element of the sensor.

Повышение надежности работы датчика, встроенного заподлицо в металл, при случайном попадании в зону действия электромагнитного поля 12 посторонних металлических предметов в момент нахождения контролируемого изделия 14 вне зоны действия чувствительного элемента датчика происходит следующим образом. При случайном попадании постороннего металлического предмета в зону действия электромагнитного поля 12 генератором 4 и пороговым элементом 5 формирования ложного импульса напряжения U1 не происходит, так как под действием металла, в который встроен датчик заподлицо, в колебательный контур генератора 4 внесено существенное затухание. В результате генератор 4 постоянно находится в режиме срыва электрических колебаний, вследствие чего на выходе порогового элемента 11 и на первом входе логического элемента 6 установлено напряжение U1 с уровнем логической "1". Но этот уровень логической "1" напряжения U1 на его выход и на выходную клемму 7 не проходит, так как на втором входе логического элемента 6 с выхода второго порогового элемента 11 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение. Поэтому на выходе логического элемента 6 и на выходной клемме 7 продолжает оставаться напряжение U3 с уровнем логического "0".Improving the reliability of the sensor, embedded flush in the metal, in case of accidental contact with the area of the electromagnetic field 12 of extraneous metal objects when the controlled product 14 is outside the range of the sensor element of the sensor as follows. If a foreign metal object accidentally enters the electromagnetic field 12 affected by the generator 4 and the threshold element 5, the formation of a false pulse of voltage U1 does not occur, since a significant attenuation is introduced into the oscillatory circuit of the generator 4 under the influence of the metal into which the sensor is embedded flush. As a result, the generator 4 is constantly in the stall mode of electrical oscillations, as a result of which the voltage U1 with the logic level “1” is set at the output of the threshold element 11 and at the first input of the logic element 6. But this level of logical “1” voltage U1 to its output and output terminal 7 does not pass, because at the second input of the logic element 6 from the output of the second threshold element 11 is set voltage U2 with a level of logical “0”, which prohibits its passage. Therefore, at the output of logic element 6 and at output terminal 7, voltage U3 with a logic level of “0” continues to remain.

Следовательно, формирования ложного импульса напряжения U3 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 датчика под действием посторонних металлических предметов, случайно попадающих в зону действия электромагнитного поля 12 индуктивного чувствительного элемента датчика, не происходит, чем обеспечивается устранение ложных срабатываний предлагаемого датчика и, тем самым, повышение надежности его работы.Therefore, the formation of a false voltage pulse U3 with a logic level of "1" on the output terminal 7 of the sensor under the influence of foreign metal objects that accidentally fall into the zone of electromagnetic field 12 of the inductive sensor element of the sensor does not occur, thereby eliminating false alarms of the proposed sensor and, therefore thereby increasing the reliability of its work.

Claims

A product position monitoring sensor containing an inductive sensitive element, made in the form of an inductor placed in an annular groove of the open end of a ferrite core with a central hole, connected in series with an electric oscillation generator, in the oscillatory circuit of which an inductive sensitive element is included, the first threshold element, characterized in that, in order to expand the functionality of the sensor by eliminating the influence of the proximity of extraneous metal objects s on its parameters, as well as improving the reliability of the sensor by eliminating false alarms from foreign metal objects, a multivibrator with a capacitive sensing element connected to its input and made in the form of a conductive plate with a geometric shape repeating the geometric shape of the central holes of the ferrite core, detector, second threshold element, as well as logic element And, the first and second inputs of which are connected to the outputs the first and second threshold elements, respectively, and its output is the output of the sensor, the capacitive sensing element being installed inside the central hole of the ferrite core coaxially with this hole offset from the open end of the ferrite core along the axis of symmetry of its central hole toward the closed end of the ferrite core, and the inductive and capacitive sensors form a sensor element, while the plane of the open end of the ferrite core in uktivnogo sensing element and one of the planes of the capacitive sensor element, in one direction, are arranged in parallel and form a sensing surface of the sensor.