SU949600A1 - Импульсный вихретоковый металлоискатель - Google Patents

Description

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ВИХРЕТОКОЫЛЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ

Изобретение относитс  к средствам неразрушаклцего контрол  электромагни ными методами и предназначено дл  об наружени  металлических предметов в различных укрывающих непровод щих и елабопро вод щих средах. Известно устройство дл  обнаружени  металлических предметов и неоднородностей , содержащее генератор импульсов, индукционный датчик с передающей и приемной катушками, стр бируемый синхронный детектор, фильтры , накопительный конденсатор и исто йик компенсирующего напр жени  11, В указанном устройстве использован амплитудно-импульсный метод выделени  из переходного процесса , индуцированного в приемной катушке индукционного датчика вторич ным электромагнитным полем вихревых токов, возбужденных в объекте поиска (металлическом предмете) при ре ком выключении тока в катушке, т.е. сразу после окончани  зондирукадего импульса тока. Регистраци  полезного сигнала осложн етс  при этом наличием собственного переходного процесса приемной катушки.индукционного датчи ка, флуктуационных помех-шумов входных каскадов аппаратУ15ы, а также электромагнитных помех в зоне контро л . С целью выделенид полезного сигнала в указанном устройстве используютс  фильтры, а также система синхронного накоплени  сигнала за множество циклов измерени , обеспечиваю1цие улучшение отноыени  сигнал/помеха на выходе устройства, а следовательно, и чувствительности аппаратуры. Однако включение фильтров приводит к потере информации о наличии металлических предметов в зоне контрол , а использование систем синхронного накоплени  дл  погтавлени  импульсных периодических и лгизкочастотных помех цедостаточТ о эффективно из-за жестких отграничений по времени накоплени , обусловленных заданным быстродействи4м систекы индикации. Наиболее близким техническим ре- шейием к изобретению  вл етс  импульсный , металлоискатель, содержащий импульсный генератор, вихретоковый преобразователь и генератор стробирующих импульсов, подключенные к выходам импульсного генератора, предусилитель; ,два электронных ключа, управл ющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора стробирующих импульсов, дифФ ренциальный интегратор, инвертирующий вход которого подключен к выходу первого электронного ключа, а также последовательно соединенные усилитель посто нного тока и блок индикации, подключенные к ВЫХОДУ дифференциальног интегратора.

В указанном импульсном вихретоковом металлоискателе регистраци  наличи  металлического предмета в зоне контрол  осуществл етс  путем измерени  амплитудного значени  сигнала в определенный момент времени после окончани  зондирующего импульса тока, соответствукиций времени открывани  ключей, включенных в измерительный тракт,

Момент открывани  ключей, включенных в измерительный тракт, определ етс  генератором стробирующих

импульсов , СИНХрОНИЗИрОВ аННЫМ,, от, ИМпульсного генератора, а врем  измерени  или длительность открывани  ключей определ етс  длительностью стробирующих импульсов.

При этом на одном из входов дифференциального интегратора по вл ет .с  импульс, уровень которого соответствует амплитуде полезного сигнала , осложненного помехой, а на втором входе - импульс, соответствующий уровню помехи, поскольку задержка на включение второго ключа выбрана намного большей времени полного затухани  полезного сигнала 2 .

Недостатком известного устройства  вл етс  невысока  помехозащищенность , а следовательно и чувствительность , обусловленна  недоста точно эффективным подавлением импульсных периодических и низкочастотных помех, период которых соизмерим или превышает длительность строб-импульсов.

Цель изобретени  - повышение чувствительности и помехозащищенности метсшлоискател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в импульсный - вихретоковый .металлоискатель, содержащий импульсный генератор, вихретоковый преобразователь и генератор стробирующих импульсов, подключенные к выходам импульсного генератора, предусилитель, два электронных клюja , управл ющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора стробирующих. импульсов, дифференциальный интегратор,инвертирующий вход которого подключен к. выходу первого электронного ключа, а также последовательно соединенные усилитель посто нного тока и блок индикации, подключенные к выходу дифференциального интегратора, ; введены ограничитель напр жени , два дифференциатора, интегратори нелинейный элемент, причем ограничитель напр жени  включен между выходом вйхретокового преобразовател  и входом предусилител , дифференциаторы включены между выходом предусилител  и входами элекронных ключей, интегратор включен между выходом второго электронного ключа и неинвертирующим входом дифференциального интегратора, а нелинейный элемент подключен между выходом усилител  посто нного тока и входом первого электронного ключа.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого импульсного вйхретокового металлоискател ; на фиг.2 - 10 эпюры напр жений на элементах блок-схемы в отсутствие металлического предмета (слев.а) и при наличии металлического предмета (справа).

Импульсный вихретоковый преобразователь содержит {фиг.1) импульсный генератор 1, вихретоковый преобразователь (ВТП) 2, ограничитель 3 напр жени , предусилитель 4, два дифференциатора 5 и.б, два электронных ключа 7 и 8, :интегратор 9, дифференциальный интегратор 10, усилитель 11 посто нного тока, генератор 12 стробирующих импульсов, состо щий из ждущих мультивибраторов 13-16, нелинейный элемент 17 и блок 18 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Вихретоковый преобразователь питаетс  мощными зондирующими : импульсами тока, формируемыми выходным каскадом импульсного генератора 1 (фиг.2). Форма импульсов напр жени  на катушке ВТП 2 приведена на фиг.З, Периодичность Tf. работы устройства, а также длительность t зондирующих импульсов определ етс  задающим каскадом импульсного генератора 1 (фиг.2).

Одновременно от заднего фронта импульсов задающего каскада импульсного генератора 1 осуществл етс  запуск генератора 12 стробирующих импульсов, в состав которого вход т четыре ждущих мультивибратора 13-16, соединенных попарно последовательно. Мультивибраторы 13 и 15 формируют сигналы (фиг.5 и определ ющие врем  .задержки стробимпульсов , а мультивибраторы 14 и формируют йтроб-импульсы(фиг.7 и используемые в качестве сигналов, управл ющих работой ключей 7 (Строб и 8 (Строб П).

Сигнал с выхода ВТП через огранчитель 3 напр жени , предохран ющи широкополосный предусилитель 4 от

перегрузки в момент действи  импульса генератора 1, а также значительно сокращающий врем  восстановлени  предусилител , усиливаетс  (фиг.4) и через два дифференциатора 5 и б подаетс  одновременно на два последовательных электронных ключа 7 и 8, выполненных на полевых транзисторах.

Открывание ключей производитс  строб-импульсами I и и в срответствуквдие моменты времени t и t .пр ле окончани  зондирующего Импульса (фиг.7 и 8).

Введением двух дифференциаторов достигаетс  гальваническа  разв зка между входами ключей и выходом преду силител  и исключаетс  вли ние дрейфа нул  на выходе прелусилител  на показани  индикатора.

Посто нна  времени или частота среза дифференциаторов,  вл ющихс  фильтрами верхних частот, выбираетс  исход  из длительности зондирующего импульса, длительности полезного сигнала , fc. и времени регистрации ЭДС сигнала tn. , При малых временах регистрации ,2 когда искажени  низкочастотной части спектра полезного сигнала несущественны, посто нную времени дифференциаторов можно принимать равной f (,-;.

В результате при необходимости обнаружени  металлических объектов малого размера (диаметром от нескольких миллиметров) частота среза диф- ференциаторов получаетс  достаточно высокой (сотни герц, килогерцы), что обеспечивает значительное подавление низкочастотных помех (например прокишленной частоты) уже на входе дифференциального интегратора 10.

Полезный сигнал от объекта, имеющий вид экспоненциального затухающего импульса напр жени , осложненны сигналом типа шум, через ключ 8 поступает на интегратор 9 и накапливаетс  на его конденсаторе за N циклов измерени . В результате отношени сигнал/шум на выходе интегратора увеличиваетс  в N раз.

В том случае, когда на интегратор 9- через ключ 8 поступает полезный сигнал, осложненный некогерентной периодичной импульсной или низкочастотной помехой, суммарный сигнал, накопленный на конденсаторе интегратора , флуктуирует с частотой, завис щей от посто нной времени интегратора 9 (фиг.4 и 9).

Однако флуктуации сигнала на выходе дифференциального интегратора 10 значительно ослаблены в св зи с тем, что на его инвертирующий вход через ключ 7 также воздействует сигнал помехи , так как полезный сигнал к моменту открывани  ключа 7 успевает затухнуть (фиг.4).

Посто нна  времени дифференциальногр интегратора 10 выбираетс  равно посто нной времени интегратора 9. Тогда, выбира  врем  задержки строба относительно строба ГТ, равным периоду сигнала помехи, а, следовательно, подава  на оба входа дифференциального интегратора равные мгновенные значени  напр жени  сигнала помехи во врем  действи  строба I, получаем на выходе дифференциального интегратора разностный сигнал помехи, в идеальном случае равный нулю (фиг,10).

Полезный сигнал, по вл ющийс  на выходе дифференциального интегратора , при наличии металлического объекта в зоне контрол  (фиг.10) через усилитель 11 посто нного тока подаетс  на блок 18 индикации и вызывает срабатывание индикаторных приборов (стрелочных, звуковых, световых и проч.),

Дл  повышени  чувствительности к двум близкорасположенным металлическим предметам, путем увеличени  быстродействи  усилительного тракта, определ емого инерционностью дифференциального интегратора, в устройство введена цепь отрицательной обратной св зи на нелинейном элементе 17.

При воздействии на неинвертирующий вход дифферейциального интегратора сильного входного сигнала, привод щего к насыщению дифференциального интегратора и зашкаливанию систег л индикации, резко уменьшаетс  сопротивление нелинейного элемента 17 и на инвертирующем входе дифференциального интегратора в момент открывани  ключа 7 по -вл етс  сигнал вызывающий перезар д и быстрое восстановление дифференциального интегратора . При малых величинах выходног сигнала сопротивление нелинейного : элемента очень велико и вли ние цепи отрицательной обратной св зи незначительно .

Изобретение позвол ет значительно повысить чувствительность устройства К малым металлическим предметам , увеличить дальность обнаружени , а также повысить устойчивость к воздействию помех.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР 351190, кл. G 01 V 3/10, 1967.

2.Патент ВелНкЬбрнтании № 131568 кл. 6 01 V 3/10, опублик.1973 (прототип ) .

lejii -.J ,