Патент на изобретение №2332691

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРЕДМЕТОВ В ПОТОКЕ МАТЕРИАЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике обнаружения металлических предметов в потоках материалов. Сущность: устройство содержит последовательно соединенные датчик, являющийся элементом колебательной системы высокочастотного генератора, детектор, формирователь импульсов, исполнительный механизм, а также интегратор, связанный входом управления с задатчиком напряжения, и элемент задержки, связанный входом управления с датчиком скорости перемещения контролируемого материала. Цепь автоподстройки генератора содержит режекторный фильтр, содержащий усилитель, интегратор, звено задержки, преобразователь импульсов и два сумматора. Интегратор и звено задержки своими входами управления подключены к выходу датчика скорости перемещения контролируемого материала. Интегратор включен параллельно с режекторным фильтром. Технический результат: повышение надежности обнаружения за счет более полного выделения спектральных составляющих полезного сигнала на фоне помех. 1 ил.

Изобретение относится к технике обнаружения металлических предметов в потоках материалов и может быть использовано в горнорудной промышленности на производствах, использующих конвейерный транспорт, а также может использоваться в других областях промышленности и транспорта для контроля потока материалов на наличие в них металлических включений.

Известен радиочастотный [1] обнаружитель металлических тел, содержащий последовательно соединенные: магнитную антенну, генератор, смеситель, полосовой фильтр, детектор, усилитель переменного тока, индикатор обнаружения, а также гетеродин, подключенный выходом к управляющему входу смесителя, пиковый детектор, триггер Шмитта, ключ, электронный, интегратор, управитель частоты, модулятор. Выход усилителя переменного тока соединен со входом пикового детектора, выход пикового детектора – со входом триггера Шмитта, первый выход которого подключен ко входу индикатора обнаружения. Второй выход триггера Шмитта соединен со входом электронного ключа и входом индикатора готовности. Выход электронного ключа соединен со входом интегратора, который по выходу подключен ко входу управителя частоты, выход управителя частоты соединен со входом гетеродина. Выход модулятора соединен с управляющим входом генератора.

Недостатком этого устройства является, то, что цепь автоподстройки частоты генератора отрабатывает только медленные изменения частоты за счет влияния дестабилизирующих факторов (температуры, напряжения питания, влияния оператора) и в ее структуре не учтена возможность стабилизации генератора в широком спектре помех (импульсные помехи, влияния помех вызванных изменением магнитных свойств движущегося материала, и др.)

Наиболее близким к заявляемому техническому решению, является устройство для обнаружения металлических частиц [2], принятое за прототип. Оно содержит датчик, включающий высокочастотный генератор, детектор, формирователь импульсов, исполнительный механизм и цепь автоподстройки амплитуды высокочастотного генератора. Цепь автоподстройки амплитуды высокочастотного генератора включает в себя преобразователь напряжения, элемент задержки, датчик скорости, интегратор и задатчик напряжения.

Недостатком данного устройства является неполное подавление цепью автоподстройки спектральных составляющих полезного сигнала, часть спектральных составляющих поступает на управляющий вход генератора, стабилизируя в момент обнаружения металлического предмета амплитуду выходного сигнала. Следствием этого является недостаточно высокое соотношение сигнал/помеха на выходе детектора и, следовательно, недостаточно высокая надежность обнаружения металлического предмета.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные датчик, включающий высокочастотный генератор, детектор, формирователь импульсов, исполнительный механизм, а также интегратор, связанный входом управления с задатчиком напряжения и элемент задержки, связанный входом управления с датчиком скорости перемещения контролируемого материала, дополнительно включены усилитель, второй интегратор, преобразователь импульсов и три сумматора, причем первый сумматор своим неинвертирующим входом соединен с выходом детектора, вход усилителя соединен с выходом первого сумматора, информационный вход второго интегратора соединен с выходом усилителя, а вход управления второго интегратора связан с датчиком скорости перемещения контролируемого материала, информационный вход звена задержки соединен с выходом второго интегратора, второй сумматор своим неинвертирующим входом соединен с выходом второго интегратора, а инвертирующим входом – с выходом звена задержки, выход второго сумматора соединен со входом преобразователя импульсов, а выход преобразователя импульсов соединен с инвертирующим входом первого сумматора, третий сумматор своим первым неинвертирующим входом соединен с выходом усилителя, а вторым неинвертирующим входом – с выходом первого интегратора, информационный вход первого интегратора соединен с выходом детектора, а выход третьего сумматора соединен со входом управления высокочастотного генератора.

Технический эффект заявляемого устройства – более полное выделение спектральных составляющих полезного сигнала на фоне помех, а следовательно, повышение надежности обнаружения металлических предметов в потоке материала.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена структурная схема устройства для обнаружения металлических предметов в потоке материала.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор 1, детектор 2, формирователь 3 импульсов, а также исполнительный механизм 4. Цепь автоподстройки содержит усилитель 5, интегратор 6, два сумматора 7, 8, звено задержки 9, преобразователь 10 импульсов, интегратор 11, сумматор 12, а также датчик 13 скорости перемещения контролируемого материала и задатчик 14 напряжения. Сумматор 7 своим неинвертирующим входом соединен с выходом детектора 2, вход усилителя 5 соединен с выходом сумматора 7, информационный вход интегратора 6 соединен с выходом усилителя 5, информационный вход звена задержки 9 соединен с выходом интегратора 6, сумматор 8 своим неинвертирующим входом соединен с выходом интегратора 6, а инвертирующим входом с выходом звена задержки 9, выход сумматора 8 соединен со входом преобразователя 10 импульсов, инвертирующий вход сумматора 7 соединен с выходом преобразователя 10 импульсов, сумматор 12 своим первым неинвертирующим входом соединен с выходом усилителя 5, а вторым неинвертирующим входом – с выходом интегратора 11, информационный вход интегратора 11 соединен с выходом детектора 2, выход сумматора 12 соединен с управляющим входом высокочастотного генератора 1, управляющие входы интегратора 6 и блока задержки 9 соединены с выходом датчика скорости перемещения контролируемого материала 13, управляющий вход интегратора 11 соединен с выходом задатчика 14.

Устройство работает следующим образом. Контролируемый поток руды перемещается относительно датчика металлических предметов. Если в контролируемом потоке руды присутствует металлический предмет, то во время его прохождения в рабочей области электромагнитного поля датчика уменьшается амплитуда колебаний высокочастотного генератора 1, а следовательно, уменьшается и постоянная составляющая напряжения на выходе детектора 2, при достижении ею некоторого порогового значения на выходе формирователя 3 импульсов формируется сигнал, включающий исполнительный механизм 4. Длительность импульса, вырабатываемого формирователем, задается из условия надежного срабатывания исполнительного механизма.

Одновременно с этим сигнал с детектора поступает на оптимальный режекторный фильтр, состоящий из усилителя 5, второго интегратора 6, звена задержки 9, преобразователя 10 импульсов и двух сумматоров 7, 8, и на интегратор 11. На основании теории оптимальной линейной фильтрации сигналов [3], разработанная в заявляемом устройстве структура режекторного фильтра, в совокупности с другими существенными признаками, позволяет более полно выделить спектральные составляющие полезного сигнала на фоне помех, а следовательно, препятствовать прохождению полезного сигнала на вход автоподстройки высокочастотного генератора 1. Таким образом, сигнал с выхода сумматора 12 не содержит спектральных составляющих полезного сигнала. Так как полезный сигнал не пропускается на вход автоподстройки то, при наличии полезного сигнала о присутствии металлического предмета, амплитуда высокочастотного генератора 1 уменьшается, а при других произвольных шумовых сигналах остается неизменной, соответствующей заданной величине, формируемой задатчиком 14. Амплитуда высокочастотного генератора 1 стабилизируется дополнительно при медленном изменении свойств контролируемого материала или параметров окружающей среды контуром цепи автоподстройки, содержащей интегратор 11, поэтому постоянное присутствие потока движущегося материала с конечной проводимостью и магнитной проницаемостью не вызывает срабатывания устройства, а быстрое изменение проводимости и магнитной проницаемости, обусловленное перемещением в поле датчика металлического предмета приводит к срабатыванию устройства. Оптимальный режекторный фильтр автоматически подстраивается под спектр сигнала датчика металлических предметов, который зависит от скорости перемещения металлического предмета вместе с контролируемым потоком материала. Скорость контролируемого потока измеряется датчиком скорости 13.

Таким образом, информационный импульс с детектора 2 о присутствии металлического предмета не пропускается цепью автоподстройки, вместе с тем сигнал помехи отрабатывается ею, стабилизируя амплитуду высокочастотного генератора. Исходя из этого устройство срабатывает не на абсолютное значение проводимости, а на скорость ее изменения при оптимально высоком соотношении сигнал/помеха. Это позволяет контролировать движущуюся среду, обладающую конечными значениями проводимости и магнитной проницаемости на наличие в ней металлических предметов.

Источники информации

1. Патент РФ №2239850 C1, 7 G01V 3/12, пр. 2003.03.27, опубл. 2004.11.10.

2. Авторское свидетельство СССР №1346710 A1, пр. 3.06.1985, опубл. 22.06.1987.

3. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы – М.: Советское радио, 1977, с.440-469.

Формула изобретения

Устройство для обнаружения металлических предметов в потоке материала, содержащее последовательно соединенные датчик, включающий высокочастотный генератор, детектор, формирователь импульсов, исполнительный механизм, а также интегратор, связанный входом управления с задатчиком напряжения, и элемент задержки, связанный входом управления с датчиком скорости перемещения контролируемого материала, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит усилитель, второй интегратор, преобразователь импульсов и три сумматора, причем первый сумматор своим неинвертирующим входом соединен с выходом детектора, вход усилителя соединен с выходом первого сумматора, информационный вход второго интегратора соединен с выходом усилителя, а вход управления второго интегратора связан с датчиком скорости перемещения контролируемого материала, информационный вход звена задержки соединен с выходом второго интегратора, второй сумматор своим неинвертирующим входом соединен с выходом второго интегратора, а инвертирующим входом с выходом звена задержки, выход второго сумматора соединен со входом преобразователя импульсов, а выход преобразователя импульсов соединен с инвертирующим входом первого сумматора, третий сумматор своим первым неинвертирующим входом соединен с выходом усилителя, а вторым неинвертирующим входом с выходом первого интегратора, информационный вход первого интегратора соединен с выходом детектора, а выход третьего сумматора соединен со входом управления высокочастотного генератора.

РИСУНКИ