Патент на изобретение №2349903
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ
(57) Реферат:
Устройство идентификации изделий содержит индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной 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, последовательно включенные первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, инвертор, а также логический элемент И, первый вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, а выход его является первым выходом устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого является вторым выходом устройства. Также введены второй инфракрасный фотоприемник, подключенный параллельно первому инфракрасному фотоприемнику ко входу формирователя импульсов, выход которого является третьим выходом устройства и соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к первому входу логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом инвертора. Последовательно включены 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, выход которого соединен с третьим входом логического элемента ИЛИ-НЕ. 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. Индуктивный и емкостной чувствительные элементы и инфракрасные фотоприемники, между которыми размещены индуктивный и емкостной чувствительные элементы, установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства. Плоскости оптических окон инфракрасных фотоприемников, плоскость открытого торца ферритового сердечника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства. Технический результат – расширений функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности распознавания наряду с нагретыми и ненагретых металлических и неметаллических изделий с расширением номенклатуры контролируемых изделий. 5 ил.
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых и ненагретых металлических и неметаллических изделий, а также в качестве датчика контроля положения изделий с учетом их термического состояния и вида материала. Известно устройство идентификации (распознавания) изделий, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом, выполненным в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, и включенным в цепь его колебательного контура, и пороговое устройство, последовательно включенные инфракрасный фотоприемник и формирователь импульсов, а также первую выходную клемму, являющуюся первым выходом устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с первой выходной клеммой, вторую выходную клемму, соединенную с выходом логического элемента 2ИЛИ-НЕ и являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство СССР №1185419, МКИ4 Н01Н 36/00 “Датчик положения и контроля, 1985). Такое устройство имеет суженные функциональные возможности, так как производит идентификацию (распознавание): а) только ненагретых металлических и неметаллических изделий и не позволяет производить идентификацию наряду с ненагретыми и нагретых изделий; б) ограниченной номенклатуры контролируемых изделий, т.е. им осуществляется идентификация только из двух разновидностей контролируемых изделий на одном соответствующем выходе устройства из двух выходов и не позволяет производить идентификацию изделий, имеющих более расширенную номенклатуру по числу, виду материала и термическому состоянию контролируемых изделий. Например, такое устройство не позволяет идентифицировать одно изделие из трех разновидностей контролируемых изделий (нагретое металлическое, ненагретое металлическое, ненагретое неметаллическое или нагретое неметаллическое, ненагретое металлическое, ненагретое неметаллическое) на одном из трех соответствующем выходе устройства. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство идентификации изделий, содержащее последовательно включенные инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, инвертор, последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом, выполненным в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, и включенным в цепь его колебательного контура, и пороговое устройство, а также логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента, первую клемму, соединенную с выходом логического элемента И и являющуюся первым выходом устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, вторую клемму, подключенную к выходу логического элемента ИЛИ-НЕ и являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство СССР №1610268, МКИ5 G01B 21/00 “Индуктивно-оптический датчик положения и контроля”, 1990). Однако такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как: – производит идентификацию только нагретых изделий (металлических и неметаллических) и не позволяет производить идентификацию (распознавание) наряду с нагретыми изделиями ненагретых металлических и неметаллических изделий; – осуществляет идентификацию изделий из числа ограниченной номенклатуры по числу разновидностей контролируемых изделий в соответствии с алгоритмом: идентификация двух разновидностей контролируемых изделий на один соответствующий выход из двух выходов устройства – и не позволяет осуществлять идентификацию изделий из числа расширенной номенклатуры (например, из набора из трех видов контролируемых изделий – нагретое металлическое, ненагретое металлическое, ненагретое неметаллическое или нагретое неметаллическое, ненагретое металлическое, ненагретое неметаллическое) по числу разновидностей контролируемых изделий согласно алгоритму: идентификация трех разновидностей контролируемых изделий на один соответствующий выход из трех выходов устройства. Цель изобретения – расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности распознавания наряду с нагретыми и ненагретых металлических и неметаллических изделий с расширением номенклатуры контролируемых изделий. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной 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, последовательно включенные первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, инвертор, а также логический элемент И, первый вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, а выход его является первым выходом устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого является вторым выходом устройства, в него введены второй инфракрасный фотоприемник, подключенный параллельно первому инфракрасному фотоприемнику ко входу формирователя импульсов, выход которого является третьим выходом устройства и соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к первому входу логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом инвертора, последовательно включенные 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, выход которого соединен с третьим входом логического элемента ИЛИ-НЕ, при этом 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, причем индуктивный и емкостной чувствительные элементы и инфракрасные фотоприемники, между которыми размещены индуктивный и емкостной чувствительные элементы, установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, а плоскости оптических окон инфракрасных фотоприемников, плоскость открытого торца ферритового сердечника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 – схема взаимного расположения инфракрасных фотоприемников, емкостного и индуктивного чувствительных элементов и контролируемого изделия; на фиг.3 – диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых металлических и неметаллических изделий в режиме идентификации трех видов изделий; на фиг.4 – диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от ненагретых неметаллических изделий в режиме идентификации трех видов изделий; на фиг.5 – диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от ненагретых металлических изделий в режиме идентификации трех видов изделий. Устройство содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, размещенной в кольцевом пазу со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 с центральным отверстием, высокочастотный генератор электрических колебаний 4, выполненный, например, по схеме индуктивной трехточки, причем выходы индуктивного чувствительного элемента 1 подключены к цепям его колебательного контура, первый пороговый элемент 5, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний 4, логический элемент И 6, первый вход которого подключен к выходу первого порогового элемента 5, первую выходную клемму 7, подключенную к выходу логического элемента И 6 и являющуюся первым выходом устройства, мультивибратор 8 с емкостным чувствительным элементом 9, выполненный, например, по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на базе 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-цепочки (см. книгу Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М.: Сов. радио, 1977, с.174, рис.4.9, б), вход которого соединен с выходом мультивибратора 8, второй пороговый элемент 11, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу детектора 10, логический элемент ИЛИ-НЕ 12, третий выход которого соединен с выходом второго порогового элемента 11, вторую выходную клемму 13, подключенную к выходу логического элемента ИЛИ-НЕ 12 и являющуюся вторым выходом устройства, соединенные между собой параллельно первый и второй инфракрасные фотоприемники 14, 15, каждый из которых выполнен, например, по схеме, состоящей из усилителя постоянного тока на базе операционного усилителя, инфракрасного фотодиода, включенного в фотодиодном режиме на вход операционного усилителя (см. книгу Аксененко М.Д. и др. Микроэлектронные фотоприемные устройства / М.Д.Аксененко, М.Л.Бараночников, О.В.Смолин. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 208 с., ил., с.83, рис.4.11, Б), и транзисторного эмиттерного повторителя с открытым эмиттерным выходом, вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, а его открытый эмиттерный выход является выходом инфракрасного фотоприемника, формирователь импульсов 16, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, к входу которого подключены выходы инфракрасных фотоприемников 14 и 15, а выход его соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ 12, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента 5, инвертор 17, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов 16, выход – со вторым входом логического элемента И 6, третью выходную клемму 18, подключенную к выходу формирователя импульсов 16 и являющуюся третьим выходом устройства. 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 устанавливается 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 высокочастотное электромагнитное поле 19. 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, охватывающем своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности 2 по ее периметру. При этом перед закрытым торцом чашки в воздушном пространстве высокочастотное 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 высокочастотное электромагнитное поле также отсутствует, так как 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 9, установленного внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3, с электромагнитным полем 19 катушки индуктивности 2 полностью исключается. Емкостной чувствительный элемент 9, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора 8, является одной из обкладок частотозадающего “раскрытого конденсатора”, второй обкладкой которого являются электрические цепи общей “земли” мультивибратора 8 и устройства в целом, и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора 8 (см. журнал “Радио”, №10, 2002, с.38, рис.1; с.39, рис.3). При этом емкостной чувствительный элемент 9 выполнен в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, совпадающей с геометрической формой сквозного центрального отверстия, выполненного в чашке ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1. Причем емкостной чувствительный элемент 9 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 электромагнитного поля 19, существующего непосредственно у передней кромки центрального отверстия со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3, взаимодействовать с поверхностью емкостного чувствительного элемента 9, и, тем самым, исключает возможность внесения нежелательного дополнительного затухания в колебательный контур высокочастотного 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 устройства. Между инфракрасными фотоприемниками 14, 15 размещен индуктивный чувствительный элемент 1 с емкостным чувствительным элементом 9 (см. фиг.2). При этом инфракрасные фотоприемники 14, 15, индуктивный и емкостной чувствительные элементы 1, 9 установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства. Причем плоскости оптических окон инфракрасных фотоприемников 14, 15, плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника 3 катушки индуктивности 2 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 9, направленные в одну сторону, установлены параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность устройства. Такое взаимное расположение в пространстве инфракрасных фотоприемников 14, 15, емкостного чувствительного элемента 9, индуктивного чувствительного элемента 1 и контролируемого изделия 20 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 21 (22) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 19 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3, электрического поля 23 емкостного чувствительного элемента 9 и в пределах расстояний чувствительности фотоприемников 14, 15 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 20 с оптическим окном фотоприемника 14 (15), электромагнитным полем 19, электрическим полем 23 емкостного чувствительного элемента и оптическим окном фотоприемника 15 (14). Это, в свою очередь, обеспечивает: 1) последовательное засвечивание нагретым контролируемым металлическим или неметаллическим изделием 20 своим инфракрасным излучением 24 сначала одного фотоприемника 14 (15), потом пересечение электромагнитного поля 19 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3, оставляя при этом фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, а затем взаимодействие с электрическим полем 23 емкостного чувствительного элемента 9, продолжая оставаться в зоне действия электромагнитного поля 19 и оставляя при этом фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, далее засвечивание другого фотоприемника 15 (14), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 19, 23 соответственно и оставляя на некотором промежутке времени оба фотоприемника в засвеченном состоянии, потом затемнение фотоприемника 14 (15), оставаясь в зоне действия электромагнитного и электрического полей 19, 23 соответственно и оставляя при этом фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, затем выход из зоны действия электрического поля 23, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19 и оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, далее выход из зоны действия электромагнитного поля 19, оставляя при этом фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии и, наконец, затемнение фотоприемника 15 (14) и выход нагретого контролируемого металлического или неметаллического изделия 20 из зоны чувствительной поверхности устройства. Таким образом, последовательное засвечивание нагретым контролируемым изделием одного 14 (15) и другого 15 (14) фотоприемника происходит без разрыва, т.е. формируется на выходе формирователя импульсов 16 обоими параллельно включенными фотоприемниками сплошной импульс напряжения с уровнем логической “1” длительностью, равной времени нахождения нагретого контролируемого металлического или нагретого неметаллического изделия в зоне чувствительной поверхности устройства, начиная с момента засветки фотоприемника 14 (15) и до момента выхода из засвеченного состояния фотоприемника 15 (14); 2) последовательное прохождение ненагретым металлическим или ненагретым неметаллическим контролируемым изделием фотоприемника 14 (15) без его засвечивания вследствие отсутствия у контролируемого изделия инфракрасного излучения 24, потом пересечение им электромагнитного поля 19 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3, затем взаимодействие его с электрическим полем 23 емкостного чувствительного элемента 9, далее прохождение им фотоприемника 15 (14) без засвечивания его из-за отсутствия у контролируемого изделия 20 инфракрасного излучения 24 и выход контролируемого изделия 20 из зоны чувствительной поверхности устройства. В результате чего на выходе второго порогового элемента 11 формируется импульс напряжения с уровнем логической “1” длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электрическом поле 23 емкостного чувствительного элемента 9; 3) получение на выходе формирователя импульсов 16 импульса длительностью всегда большей, чем длительность каждого импульса на выходах первого порогового элемента 5 и второго порогового элемента 11; 4) получение на выходе первого порогового элемента 5 в случае взаимодействия чувствительного элемента устройства с нагретым или ненагретым контролируемым металлическим изделием 20 импульса напряжения с уровнем логической “1” длительностью всегда большей, чем длительность импульса на выходе второго порогового элемента 11; 5) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс формирователя импульсов 16 большей длительности всегда “охватывал” выходные импульсы меньшей длительности первого порогового элемента 5 и второго порогового элемента 11, и чтобы в то же время выходной импульс первого порогового элемента 5, длительность которого больше, чем длительность импульса на выходе второго порогового элемента 11, всегда “охватывал” выходной импульс последнего. Такое взаимное расположение инфракрасных фотоприемников, индуктивного и емкостного чувствительных элементов и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием, а также соответствующая обработка предложенной схемой устройства их выходных сигналов позволяют реализовать принцип действия устройства в режиме идентификации трех видов изделий из числа нагретых и ненагретых металлических и неметаллических изделий и расширить номенклатуру контролируемых изделий до трех, т.е. производить распознавание неметаллических изделий с учетом их термического состояния и вида материала при расширенной номенклатуре контролируемых изделий по алгоритму: идентификация трех разновидностей контролируемых изделий на один соответствующий выход из трех выходов устройства. Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 20 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.2) фотоприемники 14, 15 находятся в затемненном состоянии. В результате формирователь импульсов 16 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, входе инвертора 17 и на первом входе логического элемента ИЛИ-НЕ 12 устанавливается напряжение U1, на выходной клемме 18 – напряжение U5, с уровнями логического “0”, на выходе инвертора 17 и на втором входе логического элемента И 6 – напряжение U4 с уровнем логической “1”. При этом мультивибратор 8 находится в заторможенном состоянии, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10, на входе второго порогового элемента 11 устанавливаются напряжения с уровнями логического “0”. В результате второй пороговый элемент 11 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и третьем входе логического элемента ИЛИ-НЕ 12 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической “1”. Вместе с тем в момент подачи напряжения питания генератор 4 переходит в режим генерации электрических высокочастотных колебаний, постоянная составляющая тока которых на его выходе создает падение напряжения, превышающее входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. При этом последний переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на первом входе логического элемента И 6 и на втором входе логического элемента ИЛИ-НЕ 12 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического “0”. При этом напряжение U3 с уровнем логической “1”, подаваемое на третий вход логического элемента ИЛИ-НЕ 12, инвертируется логическим элементом ИЛИ-НЕ 12 в напряжение U7 с уровнем логического “0” и проходит на его выход и вторую выходную клемму 13, так как на первый и второй входы логического элемента ИЛИ-НЕ 12 поданы с выходов формирователя 16 и порогового элемента 5 соответственно разрешающие напряжения U1 и U2 с уровнями логического “0”. Одновременно напряжение U4 на выходе инвертора 17 с уровнем логической “1” на выход логического элемента И 6 и выходную клемму 7 не проходит, так как на его первый вход подано с выхода первого порогового элемента 5 запрещающее напряжение U2 с уровнем логического “0”, и на первой выходной клемме 7 устанавливается напряжение U6 с уровнем логического “0”. Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 20 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходных клеммах 18, 7 и 13 устанавливаются соответственно напряжения U5, U6 и U7 с уровнями логического “0”. При этом устройство готово к осуществлению первого цикла идентификации изделий. Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме идентификации трех видов контролируемых изделий – нагретых (металлических и неметаллических), ненагретых металлических и ненагретых неметаллических, при котором контролируемое изделие 20 (см. фиг.2) перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах зон действия электромагнитного поля 19 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3, электрического поля 23 емкостного чувствительного элемента 9 и в пределах расстояний чувствительности инфракрасных фотоприемников 14, 15 в одном из направлений по стрелке 21 или 22. При введении в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства, например нагретого неметаллического изделия 20 происходит засвечивание его инфракрасным излучением 24 (см. фиг.2) фотоприемника 14 (15), в результате на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической “1”, которое поступает на вход формирователя 16, который переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на входе инвертора 17 и на первом входе логического элемента ИЛИ-НЕ 12 устанавливается напряжение U1, а на выходной клемме 18 – напряжение U5 с уровнями логической “1” (см. фиг.3). При этом на выходе инвертора 17 и на втором входе логического элемента И 6 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического “0”. Так как на обоих входах логического элемента И 6 установлены напряжения U4, U2 с уровнями логического “0”, напряжение U6 на его выходе и выходной клемме 7 продолжает оставаться на нулевом логическом уровне. На выходной клемме 13 при этом также продолжает присутствовать напряжение U7 с уровнем логического “0” вследствие инвертирования логическим элементом ИЛИ-НЕ соответственно по его первому и третьему входам напряжений U1 с выхода формирователя 16 и U3 с выхода порогового элемента 11 с уровнями логической “1” в напряжение U7 с уровнем логического “0”, так как с выхода порогового элемента 5 поступает на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 12 напряжение U2 с уровнем логического “0”, разрешающее инвертирование. Через некоторый промежуток времени перемещающееся в выбранном направлении контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии, входит в зону действия электромагнитного поля 19 ферритового сердечника 3. При этом контролируемое изделие 20 существенного затухания в колебательный контур генератора 9 не вносит, и последний продолжает находиться в режиме генерации электрических колебаний, т.е. в исходном состоянии, при котором на выходе порогового элемента 5 установлено напряжение U2 с уровнем логического “0”. Поэтому описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента вхождения контролируемого изделия в зону действия электромагнитного поля 19, не изменились. Затем через некоторый промежуток времени перемещающееся контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии и по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19, входит в зону действия электрического поля 23 емкостного чувствительного элемента 9 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 8 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 8 преобразуется детектором 10 в постоянное напряжение с уровнем логической “1”, которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 11. При этом пороговый элемент 11 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логического “0”, которое подается на третий вход логического элемента ИЛИ-НЕ 12. Напряжение U7 на выходе логического элемента 12 и на выходной клемме 13 при этом также остается на прежнем нулевом логическом уровне вследствие инвертирования напряжения U1 с уровнем логической “1” логическим элементом ИЛИ-НЕ 12 по его первому входу в напряжение U7 с уровнем логического “0” и прохождения через него на вторую выходную клемму 13, так как на втором и третьем входах логического элемента ИЛИ-НЕ 12 установлены напряжения U2 и U3 с уровнями логического “0”, разрешающие инвертирование и прохождение. Далее перемещающееся контролируемое изделие 20, по-прежнему оставляя фотоприемник 14 (15) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19 и электрического поля 23, засвечивает фотоприемник 15 (14). После чего уровень напряжения на входе и выходе формирователя 16, соответствующий уровню логической “1”, не изменился, так как параллельно включенные фотоприемники 14, 15 реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ. Поэтому описанные выше состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента засветки фотоприемника 15 (14), не изменились. При дальнейшем перемещении в том же направлении контролируемое изделие 20, оставаясь в зонах действия электромагнитного и электрического полей 19, 23 соответственно и оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, выходит за пределы оптического окна фотоприемника 14 (15). При этом происходит затемнение последнего, после чего уровень напряжения U1 на выходе формирователя 16, соответствующий уровню логической “1”, также не изменяется по причине реализации фотоприемниками 14, 15 логической функции МОНТАЖНОЕ ИЛИ. В связи с этим описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента затемнения фотоприемника 14 (15), также не изменились. Далее контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19, выходит из зоны действия электрического поля 23. При этом мультивибратор 8 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 10 устанавливается напряжение с уровнем 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 U3 с уровнем логической “1”. Напряжения U3 с уровнем логической “1” поступает на третий вход логического элемента ИЛИ-НЕ 12, но изменения напряжения на его выходе и выходной клемме 13 не происходит вследствие инвертирования им напряжений U1 и U3 с уровнями логической “1” соответственно по его первому и третьему входам в напряжение U7 с уровнем логического “0”, так как на втором входе логического элемента ИЛИ-НЕ 12 установлено напряжение U2 с уровнем логического “0”, разрешающее инвертирование и прохождение. На выходе элемента И 6 и выходной клемме 7 напряжение U6 при этом находится на прежнем нулевом логическом уровне, так как на обоих его входах установлены напряжения U2 и U4 с уровнями логического “0”. Затем контролируемое изделие 20, оставляя фотоприемник 14 (15) в затемненном состоянии, а фотоприемник 15 (14) в засвеченном состоянии, выходит из зоны действия электромагнитного поля 19. После чего генератор 4 по-прежнему остается в режиме генерации колебаний, т.е. в исходном состоянии. В результате описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия 20 из зоны действия электромагнитного поля 19 не изменились. И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 20 выходит за пределы оптического окна фотоприемника 15 (14). После чего он затемняется, т.е. устанавливается в исходное состояние, и на выходе формирователя 16, на входе инвертора 17 и на первом входе логического элемента ИЛИ-НЕ 12 устанавливается напряжение U1, а на выходной клемме 18 – напряжение U5 с уровнями логического “0”. На этом цикл идентификации нагретого неметаллического изделия заканчивается. При повторном прохождении нагретого неметаллического контролируемого изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл идентификации нагретого неметаллического изделия повторяется. Следовательно, при прохождении контролируемого нагретого неметаллического изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства, на выходной клемме 18 формируется информационный импульс напряжения U5 с уровнем логической “1”, несущий информацию об идентификации нагретого неметаллического изделия, а на выходе порогового элемента 11 – импульс напряжения U3 с уровнем логического “0”, который логическим элементом ИЛИ-НЕ 12 не инвертируется и через него на выходную клемму 13 не проходит вследствие блокирования логического элемента ИЛИ-НЕ 12 по его первому входу импульсом запрещающего напряжения U1 с уровнем логической “1”. При этом на выходных клеммах 7 и 13 присутствуют соответственно напряжения U6 и U7 с уровнями логического “0”. В случае введения в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства, например, контролируемого нагретого металлического изделия 20 работа устройства описывается диаграммами напряжений, приведенными на фиг.3, лишь с той разницей, что при пересечении контролируемым изделием 20 электромагнитного поля 19 происходит в течение нахождения его в этом поле формирование генератором 4 и пороговым элементом 5 импульса напряжения U2 с уровнем логической “1”, выделенного штриховой линией на диаграмме U2 (см. фиг.3). При этом поданный с выхода порогового элемента 5 импульс напряжения U2 с уровнем логической “1” на первый вход логического элемента И 6 не проходит на его выход и на выходную клемму 7 вследствие блокирования его по второму входу логического элемента И 6 запрещающим напряжением U4 с уровнем логического “0” с выхода инвертора 17. Поэтому в этом случае на выходной клемме 18 формируется информационный импульс напряжения с уровнем логической “1”, несущий информацию об идентификации нагретого металлического изделия, а на выходах пороговых элементов 5 и 11 – соответственно импульсы напряжений U2 с уровнем логической “1” и U3 с уровнем логического “0”, которые соответственно через логические элементы И 6 и ИЛИ-НЕ 12 на соответствующие выходные клеммы 7 и 13 не проходят вследствие блокирования их соответственно по второму входу логического элемента И 6 импульсом запрещающего напряжения U4 с уровнем логического “0” и по первому и второму входам логического элемента ИЛИ-НЕ 12 импульсами запрещающих напряжений U1, U2 с уровнями логической “1”. При этом на выходных клеммах 7 и 13 также присутствуют соответственно напряжения U6 и U7 с уровнями логического “0”. Таким образом, при введении в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства нагретых контролируемых изделий (металлических и неметаллических) информационный сигнал напряжения U5 с уровнем логической “1” об их идентификации отрабатывается только на выходной клемме 18 устройства, а на выходных клеммах 7 и 13 при этом присутствуют соответственно напряжения U6 и U7 с уровнями логического “0”. В случае введения в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого неметаллического 20 засвечивания фотоприемников 14, 15 из-за отсутствия у него инфракрасного излучения 24 и переключения формирователя 16 в другое устойчивое состояние не происходит. В результате чего на выходе формирователя 16 и на выходной клемме 18 формирования импульсов напряжений U1 и U5 соответственно и не происходит (см. фиг.4). Поэтому на первом входе логического элемента ИЛИ-НЕ 12 и на втором входе логического элемента И 6 по-прежнему продолжают оставаться напряжения U1 и U4 с уровнями логического “0” и логической “1” соответственно. Наряду с этим при пересечении ненагретым неметаллическим контролируемым изделием 20 электромагнитного поля 19 формирования генератором 4 и пороговым элементом 5 импульса напряжения U2 с уровнем логической “1” не происходит (см. фиг.4), так как оно существенного затухания в колебательный контур генератора 4 не вносит. В этом случае формируются только импульс напряжения U3 на выходе порогового элемента 11 с уровнем логического “0”, который подается на третий вход логического элемента ИЛИ-НЕ 12. При этом происходит инвертирование его им в импульс напряжения U7 с уровнем логической “1”, так как на первом и втором входах логического элемента ИЛИ-НЕ 12 установлены соответственно напряжения U1 и U2 с уровнями логического “0”, разрешающие инвертирование. В результате на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 12 и на выходной клемме 13 формируется импульс напряжения U7 с уровнем логической “1”. По окончании формирования на выходной клемме 13 импульса напряжения U7 с уровнем логической “1”, которому соответствует момент выхода контролируемого изделия 20 из зоны действия электрического поля 23 и, следовательно, переход мультивибратора 8 в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором схема устройства устанавливается в исходное состояние. На этом цикл идентификации ненагретого неметаллического изделия заканчивается. При повторном перемещении ненагретого неметаллического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии диаграммами напряжений, приведенными на фиг.4, повторяется. Таким образом, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого неметаллического изделия на выходной клемме 13 формируется импульс напряжения с уровнем логической “1”, а на выходных клеммах 18 и 7 при этом присутствуют соответственно напряжения U5 и U6 с уровнями логического “0”. В случае введения в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия 20 засвечивания фотоприемников 14, 15 из-за отсутствия у него инфракрасного излучения 24 и переключения формирователя 16 в другое устойчивое состояние не происходит. В результате чего на выходе формирователя 16 и на выходной клемме 18 формирования соответственно импульсов напряжений U1 и U5 не происходит (см. фиг.5). В этом случае формируются импульс напряжения U2 на выходе порогового элемента 5 с уровнем логической “1”, который подается на первый вход логического элемента И 6 и на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 12, и импульс напряжения U3 на выходе порогового элемента 11 с уровнем логического «0», который подается на третий вход логического элемента ИЛИ-НЕ 12. Инвертирования импульсов напряжений U1 и U3 с уровнями логического «0» логическим элементом ИЛИ-НЕ 12 соответственно по его первому и третьему входам в импульс напряжения U7 с уровнем логического “1” не происходит, и на его выходе и выходной клемме 13 продолжает по-прежнему присутствовать напряжение U7 с уровнем логического «0», так как поданное к этому моменту на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 12 с выхода порогового элемента 5 напряжение U2 с уровнем логической “1” запрещает инвертирование и прохождение. При этом импульс напряжения U2 с уровнем логической “1”, поданный на первый вход логического элемента И 6, проходит на его выход и на выходную клемму 7, так как на его втором входе к этому моменту установлено с выхода инвертора 17 разрешающее напряжение U4 с уровнем логической “1”. По окончании формирования импульса напряжения U6 на выходной клемме 7, которому соответствует момент выхода контролируемого ненагретого металлического изделия из зоны электромагнитного поля 19, цикл идентификации его на этом заканчивается. При повторном прохождении ненагретого металлического контролируемого изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.5, цикл идентификации ненагретого металлического изделия повторяется. Таким образом, при введении в направлении стрелки 21 (22) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического изделия 20 информационный сигнал напряжения U6 с уровнем логической “1” об их идентификации отрабатывается только на выходной клемме 7 устройства, а на выходных клеммах 18 и 13 при этом присутствуют соответственно напряжения U5 и U7 с уровнями логического «0». Следовательно, в рассмотренном режиме работы устройства информационный сигнал на его выходной клемме 18 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического или неметаллического изделия, информационный сигнал на выходной клемме 7 – ненагретого металлического изделия, а информационный сигнал на выходной клемме 13 – ненагретого неметаллического изделия, чем и обеспечивается процесс идентификации (распознавания) трех видов изделий из числа нагретых и ненагретых металлических и неметаллических изделий, т.е. обеспечивается процесс идентификации изделий с учетом их термического состояния и вида материала при расширенной номенклатуре контролируемых изделий. Предлагаемое устройство обеспечивает также три режима идентификации изделий при суженной номенклатуре контролируемых изделий до двух единиц: 1) режим идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий; 2) режим идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий; 3) режим идентификации ненагретых металлических и неметаллических изделий. В режиме идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий используются выходные клеммы 18 и 7, а выходная клемма 13 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого металлического изделия на выходной клемме 18 отрабатывается информационный сигнал U5 с уровнем логической “1”, несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 7 при этом присутствует напряжение с уровнем логического “0”, и цикл идентификации нагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого металлического изделия информационный сигнал U6 с уровнем логической “1” о его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 7. На выходной клемме 18 при этом присутствует напряжение с уровнем логического “0”, и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5. В режиме идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий используются выходные клеммы 18 и 13, а выходная клемма 7 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 18 отрабатывается информационный сигнал U5 с уровнем логической “1”, несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 13 при этом присутствует напряжение с уровнем логического “0”, и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого неметаллического изделия информационный сигнал U7 с уровнем логической “1” о его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 13. На выходной клемме 18 при этом присутствует напряжение U5 с уровнем логического “0”, и цикл идентификации ненагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. В режиме идентификации ненагретых металлических и неметаллических изделий используются выходные клеммы 7 и 13, а выходная клемма 18 при этом не задействуется. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого металлического изделия на выходной клемме 7 отрабатывается информационный сигнал U6 с уровнем логической “1”, несущий информацию об его идентификации. На выходной клемме 13 при этом присутствует напряжение с уровнем логического “0”, и цикл идентификации ненагретого металлического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.5. При прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого неметаллического изделия информационный сигнал U7 с уровнем логической “1” о его идентификации отрабатывается только на выходной клемме 13. На выходной клемме 7 при этом присутствует напряжение с уровнем логического “0”, и цикл идентификации ненагретого неметаллического изделия описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. В предложенном устройстве реализован потенциальный режим формирования на его выходах информационных сигналов идентификации нагретых и ненагретых изделий, когда нахождению контролируемого изделия в зоне его чувствительной поверхности однозначно соответствует установление на его определенном выходе потенциала с уровнем логической “1”, соответствующего информационному сигналу идентификации изделия. Причем этот сигнал не исчезает и продолжает присутствовать на соответствующем выходе устройства, отслеживая при этом своим потенциальным сигналом с уровнем логической “1” контролируемое изделие, как при перемещении его в пределах зоны чувствительной поверхности устройства, так и при нахождении его в ней в неподвижном состоянии в течение сколь угодно продолжительного промежутка времени. Таким образом, имеет место однозначное соответствие потенциального информационного сигнала на соответствующем выходе устройства истинному положению контролируемого изделия в определенной точке пространства, где устанавливается предлагаемое устройство. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить работу предлагаемого устройства в режимах контроля положения металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния и вида материала. В режиме контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения фотоэлектрического типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 18, а выходные клеммы 7 и 13 не задействуются. В режиме контроля положения ненагретых неметаллических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения емкостного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 13, а выходные клеммы 7 и 18 не задействуются. В режиме контроля положения ненагретых металлических изделий устройство функционирует как бесконтактный индуктивный датчик положения автогенераторного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.5. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 7, а выходные клеммы 13 и 18 не задействуются.
Формула изобретения
Устройство идентификации изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной 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, последовательно включенные первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, инвертор, а также логический элемент И, первый вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, а выход его является первым выходом устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого является вторым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности распознавания наряду с нагретыми и ненагретых металлических и неметаллических изделий с расширением номенклатуры контролируемых изделий, в него введены второй инфракрасный фотоприемник, подключенный параллельно первому инфракрасному фотоприемнику ко входу формирователя импульсов, выход которого является третьим выходом устройства и соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к первому входу логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом инвертора, последовательно включенные 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, выход которого соединен с третьим входом логического элемента ИЛИ-НЕ, при этом 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, причем индуктивный и емкостной чувствительные элементы и инфракрасные фотоприемники, между которыми размещены индуктивный и емкостной чувствительные элементы, установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, а плоскости оптических окон инфракрасных фотоприемников, плоскость открытого торца ферритового сердечника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
