SU748319A1 - Импульсный вихретоковый металлоискатель - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к йредствам неразрушающего контрол  электромагнитными методами и предназначено дл  обнаружени  предметов из различных металлов в непровод щих и слабопровод ших средах, а также дл  обнаружени  электропроводки, водо- и газопроводных коммуникаций и т.д.

Известны импульсные металлоискатели , принцип действи  которых основан О на методе переходных процессов UJ.

В указанных устройствах используетс  амплитудно-импульсный метод выделени  полезного сигнала из переходного процесса, индуцированного в 15 приемной катушке вторичным электромагнитным полем вихревых токов л соб- . ственной энергией, запасенной в катушке после окончани  действи  возбуждающего импульса тока.20

Наличие в этих устройствах аналоговых функциональных звеньев (фильтров , усилителей посто нного и переменного тока и т.д.) снижает временную и температурную стабильность ука- занных устройств, а также не позвол ёт реализовать максимальную чувст вительность приборов из-за наличи  внутренних флуктуационных помех, шумов , пульсаций напр жени  питани , а 30

защита от. вли ни  внешних электромагнитных помех путем вк.пючени  поло- . совых фильтров приводит к потере информации о наличии в зоне контрол  малых -металлических предметов с невысокой электрической проводимостью.

Использование интегрирующих усилителей с синхронным наклонением в течение заданного отрезка времени с целью улучшени  соотношени  .сигн.ал/ шум в р де случаев недопустимо из-за снижени  быстродействи  системы индикации .

Известен также детектор металла, содержащий вихретоковый датчик, подключенный к импульсному генератору, и последовательно соединенные .предусилитель , два электронных ключа, ,. дифференциальный интегратор, усилитель посто нного тока, блок индикации , а также генератор стробирующих импульсов, причем входы предусилите-. л  и генератора стробирующих импульсов подключены к выходу импульсного генератора, входы двух параллельна включенных ключей соединены с выходом предусилител , другие входа ключей подключены к сбответствующим выходам генератора стробирующих импульсов, а выход каждого ключа соединен с соот .ветствуюшим входом дифференциальногр интегратора pj , - этом детекторе металла регистраци  нали.чи  металлического предмета в зоне контрол  осуществл етс  путем измёрёнй  амплитудного значени  сигнала , наведенного в приемной катушке индуктивности (вихретоковом п 5еобразователе ), в определенный момент времени после окончани  возбуждающего импульса тока и. соответствует времени открывани  ключей, включенных в измерительный тракт.

Момент открывани  ключей, включенных в измерительннй тракт, определ емс  генератором стробирующих импульсов , синхронизированным от генератора импульсов возбуждени , а врем  измерени  (или длительность открывани  ключей) определ етс  длительностью стробирующих импульсов. Таким образом,.на одном из входов дифференциального интегратора по вл етс  импульс, уровень которого соответствует амплитуде полезного сигнала, осложненного сигналами помехи, а на втором входе. - импульс, соответствующий уровню сигнала помехи, поскольку задержка на включение второго ключа выбрана в несколько раз Превышают щей врем  полного затухани  полезно-, го сигнала. В резулктате на выходе дифферендиальнбго интегратора выдел етс  сигнал, пропорциональный амплитуде полезного сигнала.

Недостатком известного устройства  вл етс  невысока  стабильность работы , .определ ема  наличием в измерительном тракте большого количества аналоговых функциональный звеньев (предусилитель, дифференциальный интегратор , УПТ) и очень большим коэффициентом усилени  сигнала, необходимым дл  повышени  чувствительности прибора, а также недостаточна  помехозащищенность , обусловленна  невозможностью подавлени  импульсных помех , а также помех некогерентных с периодичност-ью работы генератора

строб-импульсов.7 .,

Й:ель йз6бретени  - повьшёниё чу вствйтёльностй и помехозащищенности металлоискател .

Поставленна  цель достигаетс  тем что импульсный вихретоковый металлоикатель снабжен последовательно соединенными ограничителем, ко мпаратором, форми з.ователем и триггером с 1рйздёй ным запуском, включенными между ге нератором импульсов и блоком индикаций , а: также одновибратором, вход которого подключен к генератору импульса и второму входу блока индикации, аГ выход - ко Bf pdMy входу триггера.

На фйг.1 представлена блоК-сХейа предлагаемого импульсного вихретокового металлоискател ; на фиг.2 -. эпюры напр жений на различных элементах блок-схемы в отсутствие металлического предмета; на фиг.З - при наличии металлического предмета; на фиг.4 приведен вариант исполнени  электрическгой схемы блока индикации.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, вихретоковый преобразователь 2, ограничитель 3, компаратор 4 формирователь 5, например, триггер Шмитта, одновибратор 6, триггер 7 с раздельным запуском , блок 8индикации , измерительный каскад 9 блока индикации , зар дный конденсатор 10, транзисторные ключи 11 и 12.

Устройство работает следующим образом .

Первичное полевозбуждаемс  катушкой вихретокового преобразовател  2 питаемой импульсами тока, формируемыми генератором 1 импульсов (фиг.1) В результате взаимодействи  неустановившегос  первичного пол  с металлическим предметом, наход щимс  в зонеконтрол , возбуждаетс  вторичное поле вихревых токов, наведенных в металле ,- которое в свою очередь, индуцирует сигнал в вихретоковом преобразователе 2 .

Посто нна  времени Гцп Форма переходного процесса (фиг.2 а), вызванного резким изменением тока в источнике пол  - вихретоковом преобразойатёле определ етс  при отсутствии металла в зоне контрол  только собственными параметраьга катушки вихретокового преобразовател  (индуктивностью , активным сопротивлением, добротностью ) .

При наличии металла в зоне контрол  длитеЛ Е н6 стьпе рехЬдного процесса feh (фиг.З а) увеличиваетс  за счет взаимодействи  вторичного пол  с вихретоковым преобразователем, причем амплитуда, длительность и закон затухани  индуцированного сигнала определ ютс  (в случае непровод щей укрывающей среды) только параметрами металлического предмета (масса, размеры , электрическа  проводимость, магнитна  проницаемость, глубина залегани ).

Claims (2)

1. Сигнал с вихретокового преобразовател  2 через ограничитель 3 напр жени  подаетс  на вход компаратора .4 На второй вход компаратора 4 подаетс  опорное напр жение (Уоп соответствующей пол рности (фиг.1 и 2б) . На выходе компаратора вырабатываетс  . напр жени , длительность которого определ етс  моментами равенства напр жений на входах компаратора . Поскольку сигнал с вихретокового преобразовател  представл ет собой медленно измен ющуюс  величину (закон затухани , близкий к экспоненцйалГьному ) при малых уровн х опорного напр жени  U.o-n, задний фронт импульса компаратора Uiwn ( t) получаетс  зат нутым (фиг.2в). Дл  формировани  крутых фронтов этого импуль . са к выходу компаратора 4 подключен .формирователь 5, с выхода которого , сформированный импульс Uf ( Ь) поступает на один из входов триггера с раздельным запуском 7. На второй вход триггера 7 подаетс  импульс ( t) одновибратора 6, запускаемо Зс1дним фронтом импульса (ife,n ( tl ге нератора 1 импульсов. Длительность импульса Too одновибратора б выбираетс  равной или немног о меньшей длительности импульса С на выходе формировател  5 при отсутствии метал ла в зоне контрол  (фиг.2 гид). За пуск триггера осуществл етс  задними фронтами поступающих на его входы им пульсов. , При отсутствии металлических предметов в зоне контрол  на выходе три . гера импульс напр жени  (Jtr { ) либо отсутствует (при равенстве длительностей импульсов одновибратора Toe и формировател  Сф , т.е. при одновременной подаче запускающих импульсов на входы), либо имеет минимальную длительность, равную (фиг.2еХ. При попадании металлического- предмета в зону контрол  длительность переходного процесса на катушке вихретокового преобразовател  увели чиваетс  и соответственно растет дли тельность импульса на выходах ограни чител / компаратора и формировател , что, в свою очередь, приводит к увеличению длительности импульса на выходе триггера (фиг.З б-е). Сигнал определенной длительности, завис щей от наличи  или отсутстви  металлических предметов в зоне контрол , с выхода триггера 7 подаетс  н блок.индикации, выполненный, например , на базе транзисторного ключа 11 с зар дным конденсатором 10 и содержащий измерительный каскад 9 с шлсок входным сопротивлением (фиг.,4). Величина напр жени  зар да Utja/ (t) конденсатора 10 Сфиг, 2 ж) пропорциональна длительности импульса сигнала и, благодар  большой посто нной времени разр да запоминаетс  до следующего такта измерени . В результате на вход измерительного каскада 9 подаетс  практически посто нное напр жение, пропорциональ ное длительности импульса сигнала. Перед началом очередного такта HS мерени  конденсатор 10 разр жйетс  путем подачи импульса (ori ( ) с выхода генератора 1 импульсов на транзисторный ключ 12, шунтируюидай кон .денсатор. Принудительный разр д конденсатора перед началом каждого цикла измерени  позвол ет значительно повысить -ч быстродействие индикации, что дает возможность использовать предлагаекюе устройство в технологическом потоке при больших скорост х движени  контролируемых объектов. Новые функциональные блоки, которые могут быть выполнены на основе логических элементов в интегральном исполнении, в сочетании с новыми функциональными св з ми позвол ют реализовать врем -импульсный метод обработки информации вместо известных амплитудного и амплитудно-импульсного методов, что дает возможность, в свою очередь, значительно повысить временную и температурную стабильность устройства, его чувствительность и устойчивость к воздействию как периодических, так и импульсных помех. Дополнительное увеличение чувствительности устройства может быть достигнуто при использовании блока цифровой индикации, содержащего врем -импульсный преобразователь и подключенного к выходу триггера с раздельным запуском. Предлагаемое устройство отличаетс  повышенной устойчивостью к изменени м напр жени  питани , внутренним флуктуационным помехам и наводкам. Формула изобретени  . Импульсный вихретоковый металлоискатель , содержащий вихретоковый преобразователь, подключенный к генератору импульсов, и блок индикации, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности и помехозащищенности, он снабжен последовательно соединенными ограничителем, компаратором, формирователем и триггером о раздельным запуском включенными между генератором импульсов и блоком индикации, а также одновибратором/ вход которого подключен к генератору импульсов и второму входу блока индикации, а выход - ко второму входу триггера. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.За вка Велийобритании №1011604, кл. б 1 -Л/ , опублик. 1970.
2. 2.За вка Великобритании №1315684, л. G 1 N, опублик. 1973 (прототип)-.

   fon

   фиг./

   фис2

   ЛилЗ