УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1994 года по МПК G01R33/12 G01N27/72 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества железорудного сырья по магнитной восприимчивости в конвейерных потоках.

Известно устройство для измерения магнитной восприимчивости рудных материалов, содержащее индукционный зонд - общий признак с предложенным устройством. На основе этого изобретения-аналога разработан датчик магнитной восприимчивости МВ-3, изготовляемой серийно ОПТП "Уралчерметавтоматика".

Недостатком этого известного устройства-аналога является недостаточная точность измерения магнитной восприимчивости, связанная с нестабильностью нулевого сигнала на выходе датчика. Изменения нулевого сигнала возникают, в основном, из-за изменений температуры окружающей среды.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для измерения магнитной восприимчивости рудных материалов, содержащее индукционный зонд - общий признак с предложенным устройством.

Недостатком этого известного устройства-прототипа является недостаточная точность измерения магнитной восприимчивости рудных материалов, связанная с недостаточной точностью корректировки нулевого сигнала, что имеет место в связи с тем, что при работе устройства в режиме автоматической корректировки нулевого сигнала на пустой конвейерной ленте могут находиться отдельные мелкие кусочки рудного материала, создающие некоторый переменный фоновый уровень, причем устройство компенсирует этот средний фоновый уровень, что не совсем правильно. На самом деле нужно компенсировать не средний уровень этого сигнала, а минимальное значение этого сигнала, которое не несет информации о случайно оставшихся на конвейерной ленте мелких кусках руды.

Цель изобретения - повышение точности измерения магнитной восприимчивости.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения магнитной восприимчивости рудных материалов, содержащее индукционный зонд, генератор импульсов, снабжено сумматором, датчиком движения рудного материала, двумя задатчиками напряжения, блоком дифференцирования, двумя компараторами, двумя счетчиками импульсов, двумя элементами И-НЕ, триггером, интегрирующей RC-цепочкой, реверсивным счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, при этом, индукционный зонд через последовательности соединенные сумматор и интегрирующую цепочку подключен к выходной шине устройства, выход сумматора подключен через блок дифференцирования к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, первый вход которого соединен с выходной шиной устройства, с первым входом второго компаратора, вторые входы компараторов соединены с выходами соответствующих задатчиков напряжения, датчик движения конвейера соединен с третьим входом элемента И-НЕ, выход которого подключен к входам сброса триггера и двух счетчиков импульсов, выход генератора импульсов подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов и с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И-НЕ и к счетному входу реверсивного счетчика, вход управления которого соединен с выходом триггера, вход установки которого подключен к выходу второго компаратора, выход второго элемента И-НЕ соединен с четвертым входом первого элемента И-НЕ, выходы реверсивного счетчика подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства; на фиг. 3 - схема индукционного зонда.

Устройство для измерения магнитной восприимчивости рудных материалов содержит (см. фиг. 1): индукционный зонд 1, датчик движения конвейера 2, сумматор 3, первый 4 и второй 5 задатчики напряжения, генератор импульсов 6, интегрирующая RC-цепь (демпфер) 7, блок дифференцирования 8, первый 9 и второй 10 счетчики импульсов, первый 11 и второй 12 компараторы (элементы сравнения), первый 13 и второй 14 элементы И-НЕ, триггер 15, реверсивный счетчик 16, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 17, выходная шина устройства 18.

На временной диаграмме фиг. 2 показано:
а) пример измерения аналогового напряжения на выходе индукционного зонда 1; б) сигнал на выходе сумматора 3; с) сигнал на выходе элемента И-НЕ 13; д) сигнал на выходе счетчика импульсов 10; е) сигнал на выходе триггера 15 и на входе управления реверсивного счетчика 16.

Используемый в устройстве на фиг. 1 индукционный зонд 1 содержит (см. фиг. 3): намагничивающая катушка 31, компенсационная катушка 32, первая 33 и вторая 34 приемные катушки, резистор 35, конденсатор 36, генератор синусоидального тока 37, усилитель 38, синхронный детектор 39, фазовращатель 40, выходная шина индукционного зонда 41.

Устройство для измерения магнитной восприимчивости рудных материалов (см. фиг. 1) работает следующим образом.

Индукционный зон 1 устанавливается под конвейерной лентой, на его выходе формируется сигнал 19 (см. фиг. 2а), несущий информацию о магнитной восприимчивости рудного материала на конвейерной ленте. Этот сигнал через сумматор 3 и дифференцирующую цепочку 7 проходит на выходную шину 18 устройства. На второй вход сумматора 3 с выхода ЦАП 17 подается некоторый уровень напряжения U_к. на выходе сумматора 3 формируется сигнал 20, являющийся разностью сигнала 19 и сигнала U_к.

В отсутствие рудного материала на ленте конвейера на выходе индукционного зонда 1 и на выходной шине 18 имеется нулевой уровень сигнала. Вследствие температурных изменений, по ряду других причин имеется уход нулевого сигнала от нулевого значения, в результате чего при измерениях магнитной восприимчивости в результате измерения вносится погрешность. Необходимо автоматически корректировать нулевой сигнал.

Если на конвейерной ленте имеется рудный материал, то выходной сигнал индукционного зонда 1 и выходной сигнал на выходной шине 18 превышает некоторое заданное пороговое значение U_п (см. фиг. 2б), при этом корректировка нулевого сигнала невозможна. В схеме на фиг. 1 на выходе элемента И-НЕ 13 имеется высокий уровень напряжения - импульс 21 (см. фиг. 2, в). Этот уровень напряжения подается на входы сброса R-триггера 15 и счетчиков 9 и 10, в результате чего счетчики 9 и 10 не воспринимают импульсы от генератора 6 и находятся в исходном состоянии.

В момент уменьшения напряжения 20 на выходе сумматора 3 ниже значения U_п 9см. фиг. 2б), на выходе элемента И-НЕ 13 формируется нулевой сигнал (см. фиг. 2, в), причем сравнение напряжения U_п с напряжением 20 на выходе сумматора 3 осуществляет компаратор 11. Напряжение U_п задается задатчиком напряжения 4. Если напряжение 20 меньше напряжения U_п, то на выходе компаратора 11 формируется сигнал 1. Такие же сигналы 1 имеются на выходе датчика движения конвейера 2 (конвейер движется), блока дифференцирования 8 и элемента И-НЕ 14.

Таким образом, по спаду импульса 21 (см. фиг. 2с) снимается сигнал 1 со входов сброса триггера 15 и счетчиков импульсов 9 и 10. Счетчики 9 и 10 начинают воспринимать подаваемые на вход счетчика 9 от генератора 6 импульсы и через время Т₁ на выходе счетчика 10 сформируется фронт импульса 22, при этом на выходе счетчика 9 имеется нулевой сигнал, а на выходе элемента И-НЕ 14 - сигнал 1. Импульс 22 поступает на счетный вход реверсивного счетчика 16 и увеличивает записанное в нем число на единицу, в результате чего увеличивается абсолютное значение напряжения на выходе ЦАП 17, а напряжение 20 на выходе сумматора 3 уменьшается скачком (от точки 23 до точки 24) и приближается к нулевому уровню U_о. Напряжение U_о задается равным нулю, или несколько большим нуля - последнее при однополярном исполнении устройства, когда напряжение или ток на выходной шине не могут быть биполярными.

Таким образом, в результате действия импульса 22 нулевой уровень напряжения приблизился к значению U_о.

В момент формирования фронта импульса 22 на выходе счетчика 9 имеется сигнал 0, поэтому на выходе элемента И-НЕ 14 имеется сигнал 1. счетчик 9 продолжает воспринимать импульсы от генератора 6 и через некоторое время, равное длительности импульса 22, на его выходе формируется сигнал 1, при этом на выходе элемента И-НЕ 14 формируется сигнал 0, а на выходе элемента И-НЕ 13 - импульс 25. Импульс 25 сбрасывает счетчики 9 и 10 в состояние 0. Таким образом, длительность импульса 22 определяется емкостью счетчика 9.

Длительность импульса 22 - это задержка, необходимая для отработки интегрирующей цепочкой скачка напряжения 23-24 на выходе сумматора 3, с тем, чтобы этот скачок не смог переключить триггер 15 в следующий интервал времени Т₂. Если скачок напряжения таков, что напряжение на выходе сумматора 3 и на выходе цепочки 7 уменьшается ниже значения U_о, то на выходе компаратора 12 сформируется импульс, который переключит триггер 15 в состояние 1. Длительность импульса обеспечивает невозможность переключения этого триггера в следующий интервал времени Т₂ из-за действия скачка напряжения в предыдущий интервал времени Т₁. Скачок напряжения в этом случае может переключить триггер только в текущий момент времени Т₁, уже после того, как реверсивный счетчик 16 зафиксировал импульс 22.

Через время Т₂ после действия фронта импульса 22 на выходе счетчика 10 формируется фронт импульса 26.

Если за интервал времени Т₂ нулевой уровень на выходе сумматора 3 (см. фиг. 2б) изменялся так, что в течение некоторого времени был ниже уровня U_о, то это означает, что нулевой уровень устройства действительно ниже значения U_о, а то, что в этот интервал времени нулевой уровень превышал значение U_о - то это означает, что в это время на ленте имелось небольшое количество рудного материала. Сравнение нулевого уровня на выходе сумматора с заданным напряжением U_о осуществляет второй компаратор 12. Если напряжение на выходе сумматора 3 меньше значения U_о, то на выходе компаратора 12 формируется сигнал 1, который переключает триггер 15 в состояние 1, - на выходе триггера формируется импульс 27 (см. фиг. 2е). На входе реверсивного счетчика 16 устанавливается сигнал 1, означающий перевод счетчика в режим вычитания импульсов. Импульс 26 поступает на счетчик 16 и уменьшает записанное в нем число на единицу, напряжение на выходе сумматора 3 увеличивается - от точки 28 до точки 29 - приближая истинное текущее значение нулевого сигнала (точка 30) к заданному значению U_о.

Таким образом, в предложенном устройстве компенсируется на средний уровень изменяющегося нулевого сигнала, а минимальные значения этого уровня, которые не несут в себе информации о случайно оставшихся на конвейерной ленте мелких кусках руды. Именно в этом и состоит преимущество данного устройства над устройством-прототипом.

Напряжение на выходе индукционного зонда и, следовательно, на выходе сумматора 4, имеет весьма существенную пульсацию, связанную, в основном, с частными изменениями магнитной восприимчивости рудного материала и с неоднородностью рудного материала. На выходе сумматора 3 установлена интегрирующая цепь 7, сглаживающая эти пульсации, - происходит замена мгновенных значений магнитной восприимчивости средними значениями по определенному интервалу времени (примерно 1-2 с).

Демпфирование выходного сигнала введено в связи с необходимостью автоматической коррекции нулевого сигнала. Демпфирование нулевого сигнала уменьшает его зависимость от влияния отдельных мелких кусков руды, оставшихся на конвейерной ленте. Демпфирование усредняет нулевой сигнал.

Что же касается крупных кусков руды, случайно попадающих на конвейерную ленту во время коррекции нулевого сигнала, то из-за каждого такого куска на выходе блока дифференцирования 8 формируется инверсный импульс, который формирует импульс на выходе элемента И-НЕ 13, сбрасывающий счетчики импульсов 9, 10 и триггер 15 в исходное состояние. Таким образом, при появлении на конвейерной ленте крупного куска корректировка нулевого сигнала прекращается и возобновляется снова, после выноса куска руды из зоны действия индукционного зонда 1.

Корректировка нулевого сигнала прекращается при остановке конвейера, поскольку, при этом, в зоне действия индукционного зонда в течение времени Т₁ могут находиться мелкие куски руды, которые при остановленном конвейере исказят нулевой сигнал.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема индукционного зонда 1, использующегося в предложенном устройстве. Индукционный зонд содержит намагничивающую 31, компенсационную 32 и две приемные 33, 34 катушки, резистор 36, генератор синусоидального тока 37, резонансный усилитель 38, синхронный детектор 39, фазовращатель 40 и выходную шину 41.

Генератор 37 создает в катушках 31 и 32 синусоидальный ток, на катушках 33 и 34 наводятся ЭДС. На входе усилителя 38 в отсутствие рудного материала имеется нулевой сигнал, поскольку катушки 31 и 32 включены последовательно-согласно, а катушки 33 и 34 - последовательно-встречно. При установке зонда под поверхностью рудного материала на выходе 41 синхронного детектора 39 формируется аналоговый сигнал, значение которого пропорционально магнитной восприимчивости рудного материала.

Рассмотренный индукционный зонд используется в серийно выпускаемых ОПТП "Уралчерметавтоматика" датчиках магнитной восприимчивости конвейерных индукционных МВ-3.

Техническим преимуществом предложенного устройства по сравнению с устройством-прототипом является повышение точности измерения магнитной восприимчивости вследствие повышения точности автоматической корректировки нулевого сигнала. Повышение точности корректировки нулевого сигнала происходит потому, что в данном техническом решении корректировка нулевого сигнала выполняется по его минимальному значению, которое не несет информации о случайно оставшихся на конвейерной ленте мелких кусках руды и рудной пыли. (56) Авторское свидетельство СССР N 1019387, кл. G 01 V 3/11, 1979.

Горный журнал, 1987, N 2, с. 31-35.

Использование: измерительная техника и контроль качества железорудного сырья по магнитной восприимчивости в конвейерных потоках. Сущность изобретения: устройство для измерения магнитной восприимчивости рудных материалов содержит индукционный зонд и схему автоматической коррекции нулевого сигнала индукционного зонда, содержащую сумматор, счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, формирователь интервала времени (последовательно соединенные генератор импульсов и делитель частоты), триггер, два элемента сравнения, два задатчика напряжения и датчик движения конвейера. Цепь коррекции позволяет корректировать нулевой сигнал во время отсутствия рудного материала на движущемся конвейере. Корректировка нулевого сигнала осуществляется по минимальному значению сигнала на выходе индукционного зонда, а не по среднему сигналу, как в устройстве-прототипе. Минимальное значение сигнала на выходе индукционного зонда в меньшей степени зависит от случайно оставшихся на конвейерной ленте мелких кусках руды, чем средний уровень фонового сигнала на выходе индукционного зонда, что и обеспечивает более точную корректировку нулевого сигнала устройства. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее индукционный зонд, генератор импульсов, отличающееся тем, что оно снабжено сумматором, датчиком движения рудного материала, двумя задатчиками напряжения, блоком дифференцирования, двумя компараторами, двумя счетчиками импульсов, двумя элементами И - НЕ, триггером, интегрирующей RC-цепочкой, реверсивным счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, при этом индукционный зонд через последовательно соединенные сумматор и интегрирующую цепочку подключен к выходной шине устройства, выход сумматора подключен через блок дифференцирования к первому входу первого элемента И - НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, первый вход которого соединен с выходной шиной устройства, с первым входом второго компаратора, вторые входы компараторов соединены с выходами соответствующих задатчиков напряжения, датчик движения рудного материала соединен с третьим входом элемента И - НЕ, выход которого подключен к соответствующим входам сброса триггера и двух счетчиков импульсов, выход генератора импульсов подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов и с первым входом второго элемента И - НЕ, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И - НЕ и к счетному входу реверсивного счетчика, вход управления которого соединен с выходом триггера, вход установки которого подключен к выходу второго компаратора, выход второго элемента И - НЕ соединен с четвертым входом первого элемента И - НЕ, выходы реверсивного счетчика подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом сумматора.