Патент на изобретение №2353900

(54) УСТРОЙСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических изделий. При перемещении нагретых неметаллических изделий относительно чувствительного элемента устройства, образованного емкостным чувствительным элементом и двумя инфракрасными фотоприемниками, между которыми установлен емкостный чувствительный элемент, происходит последовательное засвечивание первого инфракрасного фотоприемника, пересечение электрического поля емкостного чувствительного элемента и засвечивание второго инфракрасного фотоприемника. При этом на первом выходе устройства появляется сигнал с уровнем логической “1”, а на втором выходе устройства присутствует напряжение с уровнем логического “0”. В случае прохождения относительно чувствительного элемента устройства ненагретых металлических или неметаллических изделий сигнал с уровнем логической “1” появляется только на втором выходе устройства, а на первом выходе устройства присутствует напряжение с уровнем логического “0”. Изобретение обеспечивает идентификацию нагретых неметаллических изделий и ненагретых металлических и неметаллических изделий без контакта с ними. 4 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических изделий, а также в качестве датчика положения металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния.

Известно устройство идентификации изделий, содержащее чувствительный элемент, генератор электрических колебаний, пороговый элемент, фотоприемник, формирователь импульсов, к входу которого подключен фотоприемник, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, первую выходную клемму, подключенную к выходу логического элемента 2ИЛИ-НЕ и являющуюся первым выходом устройства, вторую выходную клемму, являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство SU 1185419, МКИ⁴ Н01Н 36/00 “Датчик положения и контроля”, 15.10.1985).

Такое устройство обладает низкой надежностью контроля нагретых неметаллических изделий по его первому выходу (выходная клемма 11). Это обусловлено тем, что в составе чувствительного элемента этого устройства отсутствует фотоприемник инфракрасного типа. В результате таким устройством по его первому выходу в одинаковой мере идентифицируются как нагретые, так и ненагретые неметаллические контролируемые изделия. То есть при этом реально не обеспечивается надежность контроля нагретых неметаллических изделий из-за того, что идентификация нагретых неметаллических изделий осуществляется при отсутствии контроля излучаемого ими инфракрасного излучения. В этом случае попадающие посторонние ненагретые неметаллические предметы в зону действия чувствительного элемента такого устройства вызывают ложные срабатывания по его первому выходу.

Вместе с тем, таким устройством на его втором выходе в одинаковой мере идентифицируются индуктивным чувствительным элементом устройства как нагретые, так и ненагретые металлические изделия. Т.е. при этом реально не обеспечивается надежность контроля ненагретых металлических изделий из-за того, что идентификация этих контролируемых изделий осуществляется без использования фотоприемника инфракрасного излучения. В связи с чем при контроле, например, ненагретого металлического изделия нагретый посторонний металлический предмет, случайно попадающий в зону действия электромагнитного поля чувствительного элемента устройства в момент нахождения контролируемого ненагретого металлического изделия за пределами его индуктивного чувствительного элемента, вызывает ложные срабатывания устройства, при которых на его втором выходе формируется ложный информационный сигнал идентификации ненагретого металлического контролируемого изделия с уровнем логической “1”.

Кроме того, такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет производить идентификацию нагретых неметаллических изделий по одному выходу и ненагретых металлических и неметаллических изделий по его другому выходу, потому что ненагретые металлические и неметаллические контролируемые изделия идентифицируются им на разных его выходах, при этом на его первом и втором выходах идентифицируются соответственно неметаллические (нагретые и ненагретые) и металлические (нагретые и ненагретые) изделия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство идентификации изделий, содержащее инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, выполненный по схеме триггера Шмитта, ко входу которого подключен инфракрасный фотоприемник, логический элемент 2И, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, первую выходную клемму, подключенную к выходу логического элемента 2И и являющуюся первым выходом устройства, генератор электрических колебаний с чувствительным элементом, пороговый элемент, выход которого подключен ко второму входу логического элемента 2И, инвертор, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, один из входов которого подключен к выходу инвертора, вторую выходную клемму, соединенную с выходом логического элемента 2ИЛИ-НЕ и являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство SU 1610268, кл. МКИ⁵ G01B 21/00 “Индуктивно-оптический датчик положения и контроля”, 30.11.1990).

Такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как не позволяет производить идентификацию (распознавание) нагретых неметаллических изделий и ненагретых металлических и неметаллических изделий, потому что оно производит идентификацию только нагретых неметаллических изделий по его второму выходу (выходная клемма 12), а по первому его выходу (выходная клемма 7) не позволяет производить идентификацию ненагретых металлических и неметаллических изделий. Наряду с этим такое устройство обладает низкой надежностью контроля в части идентификации нагретых неметаллических контролируемых изделий по его второму выходу (выходная клемма 12) из-за:

1) прохождения на его второй выход ложной информации об идентификации нагретых неметаллических изделий, так как в момент нахождения устройства в исходном состоянии и нахождении при этом нагретого неметаллического контролируемого изделия за пределами чувствительного элемента устройства имеют место ложные срабатывания устройства при случайном попадании в область оптического окна инфракрасного фотоприемника устройства посторонних нагретых металлических или неметаллических предметов, находящихся за пределами действия индуктивного чувствительного элемента устройства, но в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника устройства. При этом ложные срабатывания проявляются на втором выходе устройства в виде ложных импульсов напряжения с уровнем логической “1”;

2) ложных срабатываний устройства по его второму выходу, например, от таких посторонних источников инфракрасного излучения, как фотоэлектрические датчики положения с открытым оптическим каналом, установленные на технологическом оборудовании, и работающие генераторы инфракрасного излучения измерительных приборов, используемых при ремонте технологического оборудования в цеховых условиях, в том случае, когда они находятся за пределами действия индуктивного чувствительного элемента устройства, но в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника устройства, а устройство находится в исходном состоянии и контролируемое нагретое неметаллическое изделие при этом находится вне зоны действия чувствительного элемента устройства. И в этом случае ложные срабатывания устройства проявляются в виде формирования на его втором выходе ложных импульсов напряжения с уровнем логической “1”.

Решаемая изобретением задача – расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения идентификации наряду с нагретыми неметаллическими изделиями ненагретых металлических и неметаллических изделий с повышением надежности его работы путем устранения ложных срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, к входу которого подключен первый инфракрасный фотоприемник, чувствительный элемент, генератор электрических колебаний, пороговый элемент, инвертор, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом инвертора, а выход его является первым выходом устройства, логический элемент 2И, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно формирователя импульсов и порогового элемента, а выход его является вторым выходом устройства, в него введены второй инфракрасный фотоприемник, подключенный параллельно первому инфракрасному фотоприемнику к входу формирователя импульсов, детектор, вход которого подключен к выходу генератора электрических колебаний, выход – к входу порогового элемента, выход которого соединен со входом инвертора, при этом чувствительный элемент выполнен в виде емкостного чувствительного элемента из токопроводящей пластины любой геометрической формы, генератор – по схеме мультивибратора, к входу которого подключен чувствительный элемент, а выход формирователя импульсов соединен со вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, причем чувствительный элемент, первый и второй инфракрасные фотоприемники, между которыми помещен чувствительный элемент, установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, а поверхности оптических окон инфракрасных фотоприемников и одна из плоскостей чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2 – схема взаимного расположения инфракрасных фотоприемников, емкостного чувствительного элемента и контролируемого изделия, на фиг.3 – диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы устройства при срабатывании его от нагретых неметаллических изделий в режиме идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических изделий, на фиг.4 – диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы устройства при срабатывании его от ненагретых металлических и неметаллических изделий в режиме идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических изделий.

Устройство содержит (см. фиг.1) емкостный чувствительный элемент 1 в виде токопроводящей пластины, генератор 2 электрических колебаний, выполненный, например, по схеме симметричного мультивибратора прямоугольных импульсов на основе операционного усилителя (см. книгу Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. – М.: Сов. радио, 1974, с.175, рис.4.42, а), ко входу которого подключен емкостный чувствительный элемент 1, детектор 3, выполненный, например, по схеме диодного пассивного преобразователя амплитудных значений переменного напряжения в постоянное с последовательным включением выпрямительного диода, выходной нагрузкой которого является параллельная RC-цепь (см. книгу Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М.: Сов. Радио, 1977, с 174, рис.4.9, б), вход которого подключен к выходу генератора 2, пороговый элемент 4, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу детектора 3, инвертор 5, вход которого соединен с выходом порогового элемента 4, логический элемент 2ИЛИ-НЕ 6, первый вход которого соединен с выходом инвертора 5, первую выходную клемму 7, подключенную к выходу логического элемента 6 и являющуюся первым выходом устройства, первый и второй инфракрасные фотоприемники 8, 9, каждый из которых выполнен, например, по схеме, состоящей из усилителя постоянного тока на основе 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. – А.: 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 10, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, к входу которого подключены выходы инфракрасных фотоприемников 8, 9, включенных между собой параллельно, а выход его соединен со вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 6, логический элемент 2И 11, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов 10, второй вход – с выходом порогового элемента 4, вторую выходную клемму 12, подключенную к выходу логического элемента 11 и являющуюся вторым выходом устройства.

Емкостный чувствительный элемент 1, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора генератора 2, является одной из обкладок частотозадающего “раскрытого электрического конденсатора”. Второй обкладкой этого конденсатора являются электрические цепи общей “земли” мультивибратора и предлагаемого устройства в целом. При этом емкостный чувствительный элемент 1 может быть выполнен различной геометрической формы, например треугольной, квадратной, прямоугольной, пяти- или шестиугольной и другой формы, т.е. любой геометрической формы, которая обеспечивала бы размером своей площади образование при взаимодействии его с контролируемым изделием 13 электрического конденсатора с необходимым значением электрической емкости, достаточной для возникновения режима генерации электрических колебаний мультивибратора генератора 2. Емкостный чувствительный элемент 1 служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора генератора 2 (см. журнал Радио, 10, 2002, с.33, рис.1; с.39, рис.3) и помещен между инфракрасными фотоприемниками 8, 9. При этом инфракрасные фотоприемники и емкостный чувствительный элемент 1 установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства. Поверхности оптических окон инфракрасных фотоприемников 8, 9 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 1 направлены в одну сторону, т.е. в сторону нахождения контролируемого изделия 13, параллельны между собой и образуют чувствительную поверхность устройства (см. фиг.2).

Такое взаимное расположение в пространстве емкостного чувствительного элемента 1, инфракрасных фотоприемников 8, 9 и контролируемого изделия 13 при прохождении им в направлении стрелки 14 (15) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности и в пределах действия электрического поля 16 и расстояния чувствительности инфракрасных фотоприемников 8, 9 всегда обеспечивает:

1) последовательное засвечивание нагретым контролируемым изделием 13 своим инфракрасным излучением 17 сначала одного фотоприемника 8 (9), потом пересечение электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 1, оставляя при этом фотоприемник 8 (9) в засвеченном состоянии, а затем засвечивание другого фотоприемника 9 (8), оставаясь при этом в зоне действия электрического поля 16 и оставляя на некотором промежутке времени оба фотоприемника 8 (9) в засвеченном состоянии, далее затемнение фотоприемника 8 (9), оставаясь при этом в зоне действия электрического поля 16 и оставляя фотоприемник 9 (8) в засвеченном состоянии, затем выход из зоны действия электрического поля 16, оставляя фотоприемник 9 (8) в засвеченном состоянии, и, наконец, затемнение фотоприемника 9 (8) и выход нагретого контролируемого неметаллического изделия из зоны чувствительной поверхности устройства.

Таким образом, последовательное засвечивание нагретым контролируемым изделием 13 фотоприемников 8 (9) и 9 (8) происходит без разрыва, т.е. формируется обоими параллельно включенными фотоприемниками 8 и 9 сплошной импульс напряжения с уровнем логической “1” длительностью, равной времени нахождения нагретого контролируемого неметаллического изделия 13 в зоне чувствительной поверхности устройства, начиная с момента засветки фотоприемника 8 (9) и до момента выхода из засвеченного состояния фотоприемника 9 (8);

2) последовательное прохождение ненагретым контролируемым металлическим или неметаллическим изделием 13 фотоприемника 8 (9) без его засвечивания вследствие отсутствия у него инфракрасного излучения 17, затем пересечение им электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 1, далее прохождение им фотоприемника 9 (8) без его засвечивания из-за отсутствия у контролируемого изделия 13 инфракрасного излучения 17 и выход его из зоны чувствительной поверхности устройства. Таким образом, на выходе порогового элемента 4 формируется импульс напряжения с уровнем логической “1” длительностью, равной времени нахождения ненагретого контролируемого металлического или неметаллического изделия в электрическом поле 16 емкостного чувствительного элемента 1;

3) получение на выходе формирователя 10 импульса напряжения с уровнем логической “1”, длительность которого всегда больше, чем длительность импульса напряжения с уровнем логической “1” на выходе порогового элемента 4;

4) расстановку на временной оси сформированных импульсов на выходах формирователя 10 и порогового элемента 4 таким образом, чтобы выходной импульс формирователя 10 большей длительности всегда “охватывал” по времени выходной импульс порогового элемента 4 меньшей длительности.

Следовательно, такое взаимное расположение в пространстве емкостного чувствительного элемента 1, инфракрасных фотоприемников 8, 9 и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием 13, а также соответствующая обработка схемой предложенного устройства выходных сигналов генератора 2 и фотоприемников 8, 9 позволяют реализовать принцип действия устройства в режиме идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических изделий и расширить функциональные возможности устройства с повышением надежности работы устройства при идентификации контролируемых изделий по алгоритму: идентификация каждого из разновидностей контролируемых изделий на одном соответствующем выходе из двух выходов устройства.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 13 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.2) фотоприемники 8, 9 находятся в затемненном состоянии. При этом формирователь 10 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на втором входе логического элемента 6 и на первом входе логического элемента 11 устанавливается напряжение

U1 с уровнем логического “0” (см. фиг.3 и фиг.4). При этом мультивибратор генератора 2 находится в заторможенном состоянии, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 3 и входе порогового элемента 4 устанавливаются напряжения с уровнями логического “0”. После чего пороговый элемент 4 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логического “0”, которое инвертором 5 инвертируется в напряжение U3 с уровнем логической “1” и подается на первый вход логического элемента 6. Напряжение U3 инвертируется логическим элементом 6 и проходит на его выход и на первую выходную клемму 7 в виде напряжения U5 с уровнем логического “0”, так как на второй вход логического элемента 6 подано с выхода формирователя 10 разрешающее инвертирование и прохождение напряжение U1 с уровнем логического “0. При этом на обоих входах логического элемента 11 устанавливаются напряжения U1, U2 с уровнями логического “0”. В результате на выходе логического элемента 11 и на второй выходной клемме 12 устройства устанавливается напряжение U4 с уровнем логического “0”.

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 13 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходных клеммах 12 и 7 устанавливаются соответственно напряжения U4 и U5 с уровнями логического “0”. После чего устройство готово к первому циклу идентификации контролируемых изделий.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических изделий, при котором контролируемое изделие 13 (см. фиг.2) перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах зоны действия электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 1 и расстояния чувствительности инфракрасных фотоприемников 8, 9 в одном из направлений по стрелке 14 или 15.

При перемещении в направлении стрелки 14 (15), например, нагретого неметаллического изделия 13 происходит засвечивание его инфракрасным излучением 17 фотоприемника 3 (9) (см. фиг.2). В результате на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической “1”, которое поступает на вход формирователя 10, который переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на первом входе логического элемента 11 и на втором входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической “1” (см. фиг.3). Но уровень логической “1” напряжения U1 на выходы логических элементов 11 и 6 и соответственно на выходные клеммы 12 и 7 не проходит, так как на втором входе логического элемента 11 и на первом входе логического элемента 6 установлены напряжения соответственно U2 с уровнем логического “0” с выхода порогового элемента 4 и U3 с уровнем логической “1” с выхода инвертора 5, запрещающие переключение логических элементов 11, 6 и прохождение уровня логической “1” на выходные клеммы 12 и 7.

Через некоторый промежуток времени перемещающееся в выбранном направлении контролируемое изделие 13, оставляя фотоприемник 8 (9) в засвеченном состоянии, входит в зону действия электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 1 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора генератора 2 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора преобразуется детектором 3 в постоянное напряжение с уровнем логической “1”, которое превышает входной пороговый уровень напряжения триггера порогового элемента 4. При этом последний переключается в другое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической “1” (см. фиг.3), которое подается на второй вход логического элемента 11 и на вход инвертора 5. После чего уровень логической “1” напряжения U2 инвертируется инвертором 5 в напряжение U3 с уровнем логического “0”, под действием которого переключения логического элемента 6 не происходит, так как на его втором входе установлено напряжение U1 с уровнем логической “1”, запрещающее инвертирование логическим элементом 6 напряжения U3 с уровнем логического “0”. Поэтому на выходе логического элемента 6 и на выходной клемме 7 устройства продолжает присутствовать напряжение U5 с уровнем логического “0”. Так как на обоих входах логического элемента 11 установлены напряжения U1 и U2 с уровнями логической “1”, то на его выходе и выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 также с уровнем логической “1”.

Затем перемещающееся контролируемое изделие 13, по-прежнему оставляя фотоприемники 8, (9) в засвеченном состоянии и оставаясь в зоне действия электрического поля 16, засвечивает фотоприемник 9 (8). После чего уровень напряжения на входе формирователя 10, соответствующий уровню логической “1”, не изменился, так как параллельно включенные фотоприемники 8, 9 реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ. Поэтому описанные выше состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента засветки фотоприемника 9 (8), не изменились.

При дальнейшем перемещении в том же направлении контролируемое изделие 13, оставаясь в зоне действия электрического поля 16 и оставляя фотоприемник 9 (8) в засвеченном состоянии, выходит за пределы оптического окна фотоприемника 8 (9). При этом происходит затемнение фотоприемника 8 (9). После чего уровень напряжения на входе формирователя 10, соответствующий уровню логической “1”, также не изменился по причине реализации фотоприемниками 8, 9 логической функции МОНТАЖНОЕ ИЛИ. В связи с этим описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3, установившиеся до момента затемнения фотоприемника 8 (9), также не изменились.

Далее контролируемое изделие 13, оставляя фотоприемник 8 (9) в затемненном состоянии, а фотоприемник 9 (8) в засвеченном состоянии, выходит из зоны действия электрического поля 16. При этом значение электрической емкости конденсатора, образованного емкостным чувствительным элементом 1 и контролируемым изделием 13, уменьшается до такого уровня, что мультивибратор генератора 2 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на выходе порогового элемента 4 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического “0”, которое подается на второй вход логического элемента 11 и на вход инвертора 5. В результате на выходе инвертора 5 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической “1”, которое подается на первый вход логического элемента 6, на втором входе которого в этот момент установлено напряжение U1 с уровнем логической “1”. После чего на его выходе и на выходной клемме 7 уровень напряжения U5 не изменился и остался на прежнем уровне логического “0”. Так как на втором входе логического элемента 11 установлено напряжение U2 с уровнем логического “0” с выхода порогового элемента 4, он переключается в другое, т.е. в исходное, состояние, при котором на его выходе и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического “0”. На этом формирование информационного сигнала об идентификации нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 12 заканчивается.

И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 13 выходит за пределы оптического окна фотоприемника 9 (8). После чего он затемняется, т.е. устанавливается в исходное состояние, и на выходе формирователя 10, на первом входе логического элемента 11 и на втором входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического “0”. При этом происходит по первому входу логического элемента 6 инвертирование напряжения U3 с уровнем логической “1” в напряжение U5 с уровнем логического “0”, и на выходе логического элемента 6 и на выходной клемме 7 продолжает сохраняться нулевой логический уровень напряжения U5. В результате схема устройства устанавливается окончательно в исходное состояние, и цикл идентификации нагретого неметаллического изделия на этом заканчивается. При повторном перемещении нагретого неметаллического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, повторяется.

Следовательно, при прохождении контролируемого нагретого неметаллического изделия 13 относительно чувствительной поверхности устройства на выходной клемме 12 формируется потенциальный сигнал напряжения U4 с уровнем логической “1”, а на выходе инвертора 5 – импульс напряжения U3 с уровнем логического “0”, который логическим элементом 6 не инвертируется и на выходную клемму 7 через него не проходит, так как поданный к этому моменту с выхода формирователя 10 на второй вход логического элемента 6 импульс напряжения U1 с уровнем логической “1” запрещает его инвертирование и прохождение. При этом на выходной клемме 7 продолжает присутствовать напряжение U5 с уровнем логического “0.

В случае введения в направлении стрелки 14 (15) в зону чувствительной поверхности устройства ненагретого металлического или неметаллического изделия 13 засвечивания фотоприемников 8, 9 из-за отсутствия у него инфракрасного излучения 17 и переключения формирователя 10 в другое устойчивое состояние не происходит. В результате чего на выходе формирователя 10 и на выходной клемме 12 формирования импульсов соответственно напряжений U1 и U4 в течение всего цикла идентификации контролируемого ненагретого металлического или неметаллического изделия не происходит (см. фиг.4). В этом случае формируются только импульс напряжения U2 на выходе порогового элемента 4 с уровнем логической “1” и импульс напряжения U3 на выходе инвертора 5 с уровнем логического “0”, который инвертируется логическим элементом 6 в импульс напряжения U5 с уровнем логической “1” и проходит через него на выходную клемму 7, так как поданный к этому моменту на второй вход логического элемента 6 с выхода формирователя 10 нулевой логический уровень напряжения U1 разрешает инвертирование и прохождение.

По окончании формирования на выходной клемме 7 импульса напряжения U4 с уровнем логической “1”, которому соответствует момент выхода контролируемого изделия 13 из зоны действия электрического поля 16 и, следовательно, переход мультивибратора генератора 2 в заторможенное состояние, схема устройства устанавливается в исходное состояние. На этом цикл идентификации ненагретого металлического или неметаллического изделия заканчивается. При повторном перемещении ненагретого металлического или неметаллического изделия относительно чувствительной поверхности устройства цикл его работы в соответствии с диаграммами напряжений, приведенными на фиг.4, повторяется.

Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого ненагретого металлического или неметаллического изделия 13 на выходной клемме 7 формируется потенциальный сигнал напряжения U5 с уровнем логической “1”, а на выходной клемме 12 при этом присутствует напряжение U4 с уровнем логического “0”.

Таким образом, в рассмотренном режиме работы устройства информационный потенциальный сигнал на его выходной клемме 12 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия, а информационный потенциальный сигнал на выходной клемме 7 – ненагретого металлического или неметаллического изделия, чем и обеспечивается процесс идентификации (распознавания) нагретых неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических изделий и, тем самым, расширение функциональных возможностей посредством обеспечения идентификации наряду с нагретыми неметаллическими изделиями ненагретых металлических и неметаллических изделий, а также повышение надежности работы устройства путем устранения его ложных срабатываний по второму выходу (выходная клемма 12) от посторонних источников инфракрасного излучения.

Повышение надежности работы устройства путем устранения ложных срабатываний по его второму выходу (выходная клемма 12) от посторонних источников инфракрасного излучения, которыми могут быть в условиях технологических производственных процессов посторонние нагретые металлические и неметаллические предметы и технологические источники инфракрасного излучения, например оптические датчики с открытым оптическим каналом или метрологическое оборудование с измерительными генераторами инфракрасного излучения, обеспечивается следующим образом. При попадании в область оптического окна фотоприемника 8 (9) или в область оптических окон обоих фотоприемников 8, 9 в момент нахождения устройства в исходном состоянии, при котором контролируемое нагретое неметаллическое изделие 13 находится за пределами его чувствительной поверхности, от посторонних источников инфракрасного излучения, находящихся за пределами действия электрического поля 16, но в пределах расстояний чувствительности фотоприемников 8 (9), происходит его или их засветка, затем срабатывание формирователя 10 и формирование им импульса напряжения U1 с уровнем логической “1”. Импульс напряжения U1 поступает на первый вход логического элемента 11, но на его выходе формирования ложного импульса напряжения U4 и прохождения его далее на выходную клемму 12 не происходит, так как на втором входе логического элемента 11 установлено с выхода порогового элемента 4 напряжение U2 с уровнем логического “0”, которое запрещает его прохождение.

В предложенном устройстве реализован потенциальный режим формирования на его выходах информационных сигналов идентификации нагретых неметаллических и ненагретых металлических и неметаллических 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 как при перемещении контролируемого изделия 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.

В режиме контроля положения нагретых неметаллических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения оптико-емкостного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 12, а выходная клемма 7 не задействуется.

В режиме контроля положения ненагретых металлических и 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 7, а выходная клемма 12 не задействуется.

Формула изобретения

Устройство идентификации изделий, содержащее первый инфракрасный фотоприемник, формирователь импульсов, к входу которого подключен первый инфракрасный фотоприемник, чувствительный элемент, генератор электрических колебаний, пороговый элемент, инвертор, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом инвертора, а выход его является первым выходом устройства, логический элемент 2И, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно формирователя импульсов и порогового элемента, а выход его является вторым входом устройства, отличающееся тем, что в него введены второй инфракрасный фотоприемник, подключенный параллельно первому инфракрасному фотоприемнику к входу формирователя импульсов, детектор, вход которого подключен к выходу генератора электрических колебаний, выход – к входу порогового элемента, выход которого соединен с входом инвертора, при этом чувствительный элемент выполнен в виде емкостного чувствительного элемента из токопроводящей пластины любой геометрической формы, генератор – по схеме мультивибратора, к входу которого подключен чувствительный элемент, а выход формирователя импульсов соединен со вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, причем чувствительный элемент, первый и второй инфракрасные фотоприемники, между которыми помещен чувствительный элемент, установлены вдоль прямой линии в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, а поверхности оптических окон инфракрасных фотоприемников и одна из плоскостей чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.

РИСУНКИ