RU2781802C2 - Phase-generator sensor of ferrite object control - Google Patents

Phase-generator sensor of ferrite object control Download PDF

Info

Publication number
RU2781802C2
RU2781802C2 RU2020114448A RU2020114448A RU2781802C2 RU 2781802 C2 RU2781802 C2 RU 2781802C2 RU 2020114448 A RU2020114448 A RU 2020114448A RU 2020114448 A RU2020114448 A RU 2020114448A RU 2781802 C2 RU2781802 C2 RU 2781802C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
generator
inverter
working
Prior art date
Application number
RU2020114448A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020114448A (en
Inventor
Николай Николаевич Милюшин
Original Assignee
Николай Николаевич Милюшин
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Николаевич Милюшин filed Critical Николай Николаевич Милюшин
Priority to RU2020114448A priority Critical patent/RU2781802C2/en
Publication of RU2020114448A publication Critical patent/RU2020114448A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2781802C2 publication Critical patent/RU2781802C2/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to inductive sensors of control of approach of a conductive object, in particular objects made of ferrite. The sensor is constructed based on a phase-generator principle of action, and it contains operating and support inductive generators. The essence of the invention is in that a coil of inductivity of the support generator is used as a sensitive element.
EFFECT: provision of control of ferrite objects.
1 cl

Description

Изобретение относится к индуктивным датчикам контроля приближения токопроводящего объекта, в частности - объектов из феррита, датчик построен на фазогенераторном принципе действия. Может найти применение при разработке и производстве индуктивных датчиков контроля ферритовых объектов, в том числе - перемещающихся с большой линейной скоростью.The invention relates to inductive sensors for monitoring the proximity of a conductive object, in particular objects made of ferrite, the sensor is based on the phase-generator principle of operation. It can be used in the development and production of inductive sensors for monitoring ferrite objects, including those moving at high linear speed.

Известно устройство фазогенераторного датчика на основе двух, рабочего и опорного, связанных между собой элементами связи, например - конденсаторами, индуктивных генераторов, параметры колебаний которых достаточно близки. Конденсаторы одними своими выводами соединены друг с другом, другими - к колебательным контурам генераторов. Между точкой соединения между собой конденсаторов и общей точкой устройства подключены резистор нагрузки и регистрирующее устройство. Данное устройство [Полулях К.С. К теории фазогенераторного преобразователя //Измерительная техника, 1970 г. - №1. С. 54-57] формирует изменение фазового сдвига между сигналами двух генераторов при изменении параметров одного из колебательных контуров, что определяет высокую чувствительность и большое быстродействие. Но оно перестает функционировать при расхождении фаз сигналов генераторов более 90° из-за срыва синхронизация генераторов. Избежать явления срыва синхронизации генераторов можно, усилив связь между их колебательными контурами, но в этом случае значительно уменьшается чувствительность.It is known device phase-generator sensor based on two, working and reference, interconnected communication elements, for example, capacitors, inductive generators, the oscillation parameters of which are close enough. Capacitors are connected with one of their conclusions to each other, others - to the oscillatory circuits of the generators. Between the connection point between the capacitors and the common point of the device, a load resistor and a recording device are connected. This device [Polulyakh K.S. To the theory of the phase-generator converter //Izmeritelnaya tekhnika, 1970 - №1. S. 54-57] forms a change in the phase shift between the signals of two generators when changing the parameters of one of the oscillatory circuits, which determines the high sensitivity and high speed. But it ceases to function when the phase difference between the signals of the generators is more than 90 ° due to a breakdown in the synchronization of the generators. It is possible to avoid the phenomenon of disruption of synchronization of generators by strengthening the connection between their oscillatory circuits, but in this case the sensitivity is significantly reduced.

Свободным от указанного недостатка является известное устройство [Патент РФ RU 98576 U1], принятое за прототип. Оно состоит из двух связанных между собой, рабочего и опорного, индуктивных генераторов, активный элемент каждого из генераторов выполнен на логическом инверторе и логической схеме 2И-НЕ. Вход инвертора соединен через резистор со своим выходом и через конденсатор - со своим колебательным контуром. Выход инвертора рабочего генератора соединен с первым входом логической схемы 2И-НЕ своего генератора, выход инвертора опорного генератора соединен со вторым входом логической схемы 2И-НЕ рабочего генератора и с обоими входами логической схемы 2И-НЕ своего генератора. Выходы логических схем 2И-НЕ каждого генератора через свои резисторы положительной обратной связи посредством емкостных делителей, составляющих емкость контура, соединены со своими колебательными контурами. В качестве регистрирующего устройства применен фазовый детектор в виде D - триггер, D - вход которого соединен с выходом инвертора рабочего генератора, С-вход - с выходом инвертора опорного генератора, а выход триггера - с входом транзисторного силового ключа. Известное устройство работает следующим образом. Допустим, что параметры схем генераторов заданы достаточно близко - так, что исключен режим срыва колебаний, и ни к одной катушке индуктивности не поднесен токопроводящий объект. При включении питания оба генератора возбуждаются и начинают работать в непрерывном режиме. Параметры колебательных контуров выбраны таким образом, что частоты их колебаний практически совпадают. Это обеспечено так же за счет влияния опорного генератора на цепь обратной связи рабочего генератора посредством логической схемы 2И-НЕ рабочего генератора, что обеспечивает синхронизацию колебаний генераторов. Регулировкой цепи обратной связи обеспечивается такое соотношение передних фронтов сигналов на D и С входах D - триггера, что в исходном состоянии передний фронт импульсного сигнала опорного генератора на С-вход приходит несколько раньше переднего фронта сигнала рабочего генератора на D - вход. Такое исходное соотношение передних фронтов сигналов обеспечивает запись в D - триггер логического ноля. При внесении токопроводящего объекта в активное пространство катушки индуктивности рабочего генератора происходит внесение реактивного и активного сопротивлений объекта в его колебательный и соответствующее изменение фазы его колебаний относительно фазы колебаний опорного генератора. За счет связи опорного генератора с рабочим генератором через логическую цепь обратной связи осуществляется синхронизация колебаний рабочего генератора с колебаниями опорного при изменяющейся разности фаз между сигналами генераторов, обусловленной воздействием на рабочий генератор токопроводящего объекта. В некоторый момент времени передний фронт сигнала рабочего генератора начинает опережать передний фронт сигнала опорного генератора на столько, что становится возможным запись в D - триггер логической единицы, которая поступает на вход транзисторного ключа и изменяет его состояние. При удалении токопроводящего объекта от катушки рабочего генератора происходят обратные процессы. Разность фаз между сигналами генераторов уменьшается и в некоторый момент времени передний фронт рабочего генератора отстает от переднего фронта опорного генератора. В D - триггер вновь записывается логический ноль и снимается управляющее воздействие с транзисторного силового ключа, который изменяет свое состояние на исходное.Free from this drawback is a well-known device [RF Patent RU 98576 U1], taken as a prototype. It consists of two interconnected, working and reference, inductive generators, the active element of each of the generators is made on a logical inverter and a 2I-NOT logic circuit. The input of the inverter is connected through a resistor to its output and through a capacitor to its oscillatory circuit. The inverter output of the working generator is connected to the first input of the 2I-NOT logic circuit of its generator, the output of the reference generator inverter is connected to the second input of the 2I-NOT logic circuit of the working generator and to both inputs of the 2I-NOT logic circuit of its generator. The outputs of the 2I-NOT logic circuits of each generator are connected to their oscillatory circuits through their positive feedback resistors by means of capacitive dividers that make up the capacitance of the circuit. As a recording device, a phase detector was used in the form of D - trigger, D - input of which is connected to the output of the inverter of the working generator, C-input - to the output of the reference generator inverter, and the trigger output - to the input of the transistor power switch. Known device works as follows. Let us assume that the parameters of the generator circuits are set close enough - so that the oscillation stall mode is excluded, and no conductive object is brought to any inductor. When the power is turned on, both generators are excited and begin to work in a continuous mode. The parameters of the oscillatory circuits are chosen in such a way that the frequencies of their oscillations practically coincide. This is also ensured by the influence of the reference oscillator on the feedback circuit of the working generator by means of the 2I-NOT logic circuit of the working generator, which ensures synchronization of the generator oscillations. By adjusting the feedback circuit, such a ratio of the leading edges of the signals at the D and C inputs of the D-trigger is ensured that, in the initial state, the leading edge of the reference oscillator pulse signal at the C-input arrives somewhat earlier than the leading edge of the working generator signal at the D-input. Such an initial ratio of the leading edges of the signals provides a record in D - a logical zero trigger. When a conductive object is introduced into the active space of the inductor of the working generator, the reactive and active resistances of the object are introduced into its oscillatory and a corresponding change in the phase of its oscillations relative to the phase of the oscillations of the reference generator. Due to the connection of the reference generator with the working generator through the logical feedback circuit, the oscillations of the working generator are synchronized with the oscillations of the reference generator with a changing phase difference between the signals of the generators, due to the impact on the working generator of a conductive object. At some point in time, the leading edge of the signal of the working generator begins to lead the leading edge of the signal of the reference generator by so much that it becomes possible to write to D - the trigger of a logical unit that enters the input of the transistor switch and changes its state. When the conductive object is removed from the coil of the working generator, the reverse processes occur. The phase difference between the signals of the generators decreases and at some point in time the leading edge of the working generator lags behind the leading edge of the reference generator. In D - the trigger is again written to a logical zero and the control action is removed from the transistor power switch, which changes its state to its original state.

Данное устройство, принятое за прототип, обладает устойчивостью к значительному расхождению фаз сигналов генераторов и сохраняет нормальное функционирование вплоть до разности фаз, не превышающей 180°. При этом оно обладает хорошей чувствительностью и весьма высокой частотой срабатывания, составляющей сотни килогерц и более.This device, taken as a prototype, is resistant to a significant phase difference between the signals of the generators and maintains normal operation up to a phase difference not exceeding 180°. At the same time, it has good sensitivity and a very high response frequency of hundreds of kilohertz or more.

Недостатком устройства, принятого за прототип, является то, что при внесении ферритового объекта в активную зону катушки индуктивности рабочего генератора устройство не срабатывает из-за того, что происходит увеличение индуктивности этой катушки и соответственно увеличивается период собственных колебаний контура. При этом активный фронт сигнала рабочего автогенератора смещается далеко в право за активный фронт сигнала опорного генератора, чем формируется на D-входе D-триггера устойчивое состояние логического нуля. Имеющаяся система синхронизации обеспечивает синхронизм моментов включения положительной обратной связи рабочего генератора, практически никак не влияя на процессы свободных колебаний его колебательного контура контура между моментами синхронизации. Поэтому устройство-прототип оказывается неработоспособным при внесении в активную зону катушки индуктивности рабочего генератора объекта из феррита.The disadvantage of the device adopted as a prototype is that when a ferrite object is introduced into the active zone of the inductor of the working generator, the device does not work due to the fact that the inductance of this coil increases and, accordingly, the natural oscillation period of the circuit increases. In this case, the active edge of the working oscillator signal is shifted far to the right beyond the active edge of the reference oscillator signal, which forms a stable state of logical zero at the D-input of the D-flip-flop. The existing synchronization system ensures the synchronism of the moments of turning on the positive feedback of the working generator, practically without affecting the processes of free oscillations of its oscillatory circuit of the circuit between the moments of synchronization. Therefore, the prototype device turns out to be inoperable when the inductance coil of the working generator of the ferrite object is introduced into the active zone.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении работоспособности датчика при воздействии ферритового объекта, увеличивающего индуктивность колебательного контура генератора.The technical problem solved by the invention is to ensure the operability of the sensor when exposed to a ferrite object that increases the inductance of the oscillatory circuit of the generator.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением - обеспечение контроля ферритовых объектов.The technical result achieved by the claimed invention is to ensure the control of ferrite objects.

Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве в качестве первичного преобразователя, взаимодействующего с контролируемым ферритовым объектом, задана катушка индуктивности опорного генератора.The technical result is achieved due to the fact that in the proposed device as a primary converter interacting with a controlled ferrite object, a reference oscillator inductor is set.

Предлагаемое устройство по своей функциональной структуре и ее реализации полностью соответствует прототипу, но имеет существенное для получения технического результата отличие - в качестве первичного преобразователя, взаимодействующего с ферритовым объектом, используется катушка индуктивности опорного генератора. В исходном состоянии, когда устройство выключено, соотношение активных фронтов сигналов рабочего и эталонного генераторов таково, что активный фронт рабочего сигнала отстает от активного фронта опорного сигнала, он смещен вправо (позже) по времени. Введенное отличие от устройства-прототипа приводит к тому, что при внесении ферритового объекта в активную зону катушки индуктивности опорного генератора положение активного фронта сигнала рабочего генератора на D-входе практически неизменно при происходящем увеличении периода колебаний опорного генератора из-за увеличения индуктивности его колебательного контура. Увеличение периода колебаний опорного генератора приводит к смещению активного фронта его сигнала вправо, формируя по мере приближения феррита отставание от активного фронта сигнала рабочего генератора при внесении ферритового объекта в активную зону опорного генератора. В некоторый момент наступает такое соотношение фронтов, при котором на D-входе активный уровень сигнал рабочего генератора появляется раньше чем, чем активный фронт сигнала опорного генератора. В D-триггер записывается логическая единица и выход устройства включается.The proposed device in its functional structure and its implementation fully corresponds to the prototype, but has a significant difference for obtaining a technical result - a reference oscillator inductor is used as a primary converter interacting with a ferrite object. In the initial state, when the device is turned off, the ratio of the active edges of the signals of the working and reference generators is such that the active edge of the working signal lags behind the active edge of the reference signal, it is shifted to the right (later) in time. The introduced difference from the prototype device leads to the fact that when a ferrite object is introduced into the active zone of the reference oscillator inductor, the position of the active front of the signal of the working oscillator at the D-input is practically unchanged with an increase in the oscillation period of the reference oscillator due to an increase in the inductance of its oscillatory circuit. An increase in the oscillation period of the reference oscillator leads to a shift of the active front of its signal to the right, forming, as the ferrite approaches, a lag from the active front of the signal of the working generator when the ferrite object is introduced into the active zone of the reference oscillator. At some point, such a ratio of fronts occurs in which the active level of the working oscillator signal appears at the D-input earlier than the active edge of the reference oscillator signal. A logical unit is written to the D-flip-flop and the output of the device turns on.

При удалении ферритового объекта из активной зоны катушки индуктивности опорного генератора ее индуктивность уменьшается. Уменьшается при этом период сигнала опорного генератора, что в некоторый момент времени приводит, при дальнейшем удалении ферритового объекта, к отставанию активного фронта сигнала рабочего генератора от активного фронта опорного генератора, что вызывает выключение выхода устройства.When the ferrite object is removed from the active zone of the reference oscillator inductor, its inductance decreases. In this case, the period of the reference oscillator signal decreases, which at some point in time leads, with further removal of the ferrite object, to a lag of the active front of the working generator signal from the active front of the reference oscillator, which causes the device output to turn off.

Предлагаемое устройство, обладая положительными качествами прототипа - простотой конструкции и большим значением частоты срабатывания, составляющим сотни килогерц и более, за счет задания в качестве первичного преобразователя, взаимодействующего с контролируемым ферритовым объектом, катушки индуктивности опорного генератора обеспечивает контроль ферритовых объектов, в том числе движущихся с большой линейной скоростью относительно активной зоны предлагаемого устройства.The proposed device, having the positive qualities of the prototype - simplicity of design and a high value of the response frequency, which is hundreds of kilohertz or more, by setting the inductance coil of the reference generator as a primary converter interacting with the controlled ferrite object, provides control of ferrite objects, including those moving with high linear speed relative to the active zone of the proposed device.

Claims (1)

Фазогенераторный датчик контроля высокоскоростных ферритовых объектов, состоящий из двух связанных между собой индуктивных генераторов - рабочего и опорного, рабочий выполнен на первом инверторе и логической схеме 2И-НЕ, опорный - на втором и третьем инверторах, вход первого и выход второго инверторов соединены каждый через свой резистор со своим выходом и через разделительный конденсатор со своим параллельным колебательным контуром, при этом выход первого инвертора соединен с первым входом логической схемы 2И-НЕ, выход которой через резистор соединен с емкостным делителем своего колебательного контура; выход второго инвертора соединен со вторым входом логической схемы 2И-НЕ и с входом третьего инвертора, выход которого через резистор соединен с емкостным делителем своего параллельного колебательного контура, а в качестве регистрирующего устройства применен фазовый детектор, содержащий D-триггер, D-вход которого соединен с выходом первого инвертора, С-вход - с выходом второго инвертора, а выход - со входом транзисторного силового ключа, отличающийся тем, что в качестве первичного преобразователя, взаимодействующего с контролируемым ферритовым объектом, задана катушка индуктивности опорного генератора.Phase-generator control sensor for high-speed ferrite objects, consisting of two interconnected inductive generators - working and reference, the working one is made on the first inverter and the 2I-NOT logic circuit, the reference one - on the second and third inverters, the input of the first and output of the second inverter are connected each through its own a resistor with its output and through a decoupling capacitor with its parallel oscillatory circuit, while the output of the first inverter is connected to the first input of the 2I-NOT logic circuit, the output of which is connected through a resistor to the capacitive divider of its oscillatory circuit; the output of the second inverter is connected to the second input of the 2I-NOT logic circuit and to the input of the third inverter, the output of which is connected through a resistor to the capacitive divider of its parallel oscillatory circuit, and a phase detector is used as a recording device, containing a D-trigger, the D-input of which is connected with the output of the first inverter, the C-input - with the output of the second inverter, and the output - with the input of the transistor power switch, characterized in that the reference oscillator inductor is set as the primary converter interacting with the controlled ferrite object.
RU2020114448A 2020-04-13 Phase-generator sensor of ferrite object control RU2781802C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114448A RU2781802C2 (en) 2020-04-13 Phase-generator sensor of ferrite object control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114448A RU2781802C2 (en) 2020-04-13 Phase-generator sensor of ferrite object control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020114448A RU2020114448A (en) 2021-10-13
RU2781802C2 true RU2781802C2 (en) 2022-10-18

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4859873A (en) * 1987-07-17 1989-08-22 Western Digital Corporation CMOS Schmitt trigger with independently biased high/low threshold circuits
RU94036128A (en) * 1994-09-27 1996-07-20 Н.Н. Милюшин Contactless position pickup
RU98576U1 (en) * 2010-06-01 2010-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет"(ОрелГТУ) PHASE-GENERATOR CONTACTLESS SENSOR

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4859873A (en) * 1987-07-17 1989-08-22 Western Digital Corporation CMOS Schmitt trigger with independently biased high/low threshold circuits
RU94036128A (en) * 1994-09-27 1996-07-20 Н.Н. Милюшин Contactless position pickup
RU98576U1 (en) * 2010-06-01 2010-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет"(ОрелГТУ) PHASE-GENERATOR CONTACTLESS SENSOR

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Милюшин Н.Н. ФАЗОГЕНЕРАТОРНЫЙ ДАТЧИК КОНТРОЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ОБЪЕКТОВ (на примере турбомашин). Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Орел, 2013, стр. 10 рис. 6. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102449912B (en) Phase lock loop with a multiphase oscillator
US5280539A (en) Synchronous circuit for serial input signal
CN102545836B (en) Frequency generating unit and frequency fast locking method thereof
RU2781802C2 (en) Phase-generator sensor of ferrite object control
KR930003530A (en) Lag Filter Network in Phase Locked Loop Frequency Synthesizer and How to Provide Bandwidth Mode of Operation in It
CN103916121A (en) Circuit for controlling variation in frequency of clock signal
US5170135A (en) Phase and frequency-locked loop circuit having expanded pull-in range and reduced lock-in time
RU2745385C2 (en) Phase generator sensor for monitoring high-speed conductive objects
CN102185607B (en) Phase difference detection method, device and circuit in phase-locked loop circuit
US4197506A (en) Programmable delay line oscillator
RU98576U1 (en) PHASE-GENERATOR CONTACTLESS SENSOR
US3271675A (en) Phase detector and automatic apparatus utilizing said phase detector for performing a rotational mechanical adjustment to effect a phase coincidence
KR100474999B1 (en) Voltage regulated oscillator
US3713046A (en) Waveform generator with accurate mark to space ratio
CN215186702U (en) Phase-locked detection device and phase-locked loop
KR0172400B1 (en) Frequency detection circuit
JPH0530089B2 (en)
US3412298A (en) Direct coupled multivibrator (dcmv) circuit for rejecting noise in a feedback servomechanism
JP3047255B2 (en) Proximity switch
JP2002141800A (en) Phase locked oscillator
JPS60160220A (en) Drift detecting circuit
KR940002813B1 (en) Input wave generator
GB2204692A (en) Inductive switching apparatus
JP2621257B2 (en) PLL circuit adjustment inspection device
JPH0456493B2 (en)