ДАТЧИК КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2009 года по МПК G06M3/00 H01H36/00 

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов в машиностроении и предназначено для контроля положения металлических изделий и исполнительных органов технологического оборудования без механического контакта с ними.

Известен датчик, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника, генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу генератора электрических колебаний, выходную клемму, являющуюся выходом датчика (см. авторское свидетельство СССР №807401, кл. МКИ³ Н01Н 36/00. "Бесконтактный торцовый переключатель", 1981).

Такой датчик обладает низкой надежностью контроля металлических контролируемых изделий из-за прохождения на его выход ложных срабатываний при случайном попадании посторонних металлических предметов в зону действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента, когда датчик находится в исходном состоянии, а контролируемое им изделие находится вне зоны действия его индуктивного чувствительного элемента. При этом ложные срабатывания проявляются на выходе датчика в виде ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1".

Наряду с этим такой датчик имеет ограниченные функциональные возможности, так как не обеспечивается возможность встраивания заподлицо в металл на объекте эксплуатации каждого датчика из поставляемой изготовителем партии датчиков из-за того, что при схватывании индуктивного чувствительного элемента датчика металлическим материалом по всему периметру (или при схватывании части его периметра) боковой наружной поверхности ферритового сердечника имеют место два отрицательных фактора, существенно ограничивающих гарантированную возможность встраивания каждого датчика в металл заподлицо. Во-первых, между охватывающим металлом и катушкой индуктивности датчика образуется паразитный конденсатор, являющийся элементом колебательного контура генератора электрических колебаний датчика как дополнительная составляющая собственной емкости катушки индуктивности, воздействие которой на колебательный контур генератора эквивалентно действию дополнительной емкости, подключаемой параллельно к выводам катушки индуктивности индуктивного чувствительного элемента датчика. Образование такого паразитного конденсатора приводит к уменьшению добротности колебательного контура генератора датчика и, как следствие, к изменению расстояния срабатывания датчика, установленного в процессе регулировочных операций согласно техническим условиям на него, а также к ложным срабатываниям датчика в момент нахождения контролируемого изделия на грани точки срабатывания или в области дифференциала хода датчика (т.е. в области между точками срабатывания и отпускания датчика). Во-вторых, при монтаже такого датчика заподлицо в металлические элементы технологического оборудования происходит взаимодействие указанных металлических элементов с краевым электромагнитным полем чашки ферритового сердечника со стороны ее открытого торца на кромке, образованной плоскостью открытого торца чашки и ее наружной боковой поверхностью, в результате чего в колебательный контур генератора электрических колебаний датчика вносится охватывающим металлом существенное затухание. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению добротности колебательного контура генератора и к изменению расстояния срабатывания датчика относительно расстояния срабатывания, выставленного в производственных условиях в процессе регулировочных операций согласно техническим условиям на него, и даже к нарушению режима генерации электрических колебаний генератора и к катастрофическому отказу в результате потери функционирования тех экземпляров датчиков, в схеме генератора которых применяются в качестве усилительных элементов транзисторы с низкими значениями коэффициентов усиления по току из всего диапазона их значений, предусмотренных техническими условиями изготовителя транзисторов. Включением в таком датчике между корпусом чашки 2 ферритового сердечника и анодом стабилитрона 4 конденсатора утечки 3 устраняется первый отрицательный фактор, обуславливающий образование паразитного конденсатора при встраивании датчика заподлицо в металл. Но при этом не происходит устранения второго отрицательного фактора, вызывающего внесение затухания в колебательный контур генератора датчика, образованного катушкой индуктивности 5 и конденсатором 6, и уменьшение его добротности. В связи с этим производимые изготовителем датчики разделяются на две группы: датчики, встраиваемые в металл заподлицо на объекте эксплуатации, и датчики, не встраиваемые заподлицо в металл, что существенно ограничивает их функциональные возможности при применении.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является датчик, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника, генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу генератора электрических колебаний, выходную клемму, являющуюся выходом датчика (см. авторское свидетельство СССР №1418778, кл. МКИ⁴ G06М 3/00, "Датчик устройства для счета мелких деталей", 1988).

Однако такой датчик обладает ограниченными функциональными возможностями при применении, потому что он не обеспечивает гарантированной возможности встраивания его заподлицо в металл на объекте эксплуатации. Это вызвано тем, что при схватывании его индуктивного чувствительного элемента металлическим материалом по всему периметру (или при схватывании части периметра) боковой наружной поверхности его ферритового сердечника имеет место существенный недостаток, ограничивающий возможность встраивания заподлицо в металл каждого датчика из поставляемой изготовителем партии датчиков. При монтаже такого датчика заподлицо в металлические элементы технологического оборудования происходит взаимодействие ее с краевым электромагнитным полем чашки его ферритового сердечника со стороны ее открытого торца по кромке, образованной плоскостью открытого торца чашки и ее наружной боковой поверхностью, в результате чего в колебательный контур генератора электрических колебаний датчика вносится металлом существенное затухание. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению добротности колебательного контура генератора и к изменению расстояния срабатывания датчика относительно расстояния срабатывания, выставленного в процессе его регулировки в производственных условиях и нормируемого в технических условиях на него, а также в эксплуатационной документации изготовителя датчика, в результате чего происходит преждевременное срабатывание датчика при нахождении контролируемого изделия на грани точки срабатывания или в области дифференциала хода (т.е. между точками срабатывания и отпускания датчика). Вместе с тем в таком датчике металлическая обкладка 12, охватывающая чашку ферритового сердечника 11 по периметру ее наружной боковой поверхности, взаимодействует с краевым электромагнитным полем индуктивного чувствительного элемента датчика, существующим со стороны открытого торца чашки на ее кромке, образованной плоскостью открытого торца чашки и ее наружной боковой поверхностью, в результате чего в колебательный контур генератора электрических колебаний датчика вносится металлической обкладкой 12 дополнительное затухание. Это, в свою очередь, приводит к дополнительному уменьшению добротности колебательного контура генератора и к изменению расстояния срабатывания датчика относительно расстояния срабатывания, выставленного в производственных условиях в процессе регулировочных операций согласно техническим условиям на него. Суммарное уменьшение добротности колебательного контура металлическими материалами и металлической обкладкой 12 приводит даже к нарушению режима генерации генератора и к катастрофическому отказу в результате потери функционирования тех экземпляров датчиков, в схеме генератора которых применяются в качестве усилительных элементов транзисторы с более низкими значениями коэффициентов усиления по току из всего диапазона их значений, предусмотренных техническими условиями изготовителя транзисторов. Чтобы скомпенсировать уменьшение добротности колебательного контура генератора датчика, необходимо применять транзисторы с более высокими значениями коэффициентов усиления по току, что не представляется возможным на стадии изготовления датчиков, так как изготовитель и организации-разработчики, согласующие применение транзисторов, своими нормативными документами запрещают при разработке и изготовлении изделий электронной техники отбор транзисторов по параметрам, дате и месту изготовления. В связи с этим изготовитель датчиков вынужден производить одни и те же датчики двух видов: датчики, встраиваемые в металл заподлицо на объекте эксплуатации, в которых применены транзисторы с большими значениями коэффициентов усиления по току, и датчики, не встраиваемые заподлицо в металл, в которых применены транзисторы с меньшими значениями коэффициентов усиления по току, что существенно ограничивает при применении их функциональные возможности из-за близости металла при встраивании заподлицо датчиков на объекте эксплуатации в металлические конструкции технологического оборудования.

Таким образом, отсутствие гарантированной возможности встраивания датчика в металл заподлицо существенно сужает его функциональные возможности при применении в случае ограниченных объемов монтажного пространства и зон контроля в технологическом оборудовании, где применим только способ монтажа датчика в металл заподлицо.

Кроме того, такой датчик имеет низкую надежность работы из-за ложных срабатываний по его выходу при случайном попадании в зону действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента посторонних металлических предметов, когда датчик находится в исходном состоянии, а контролируемое изделие при этом находится вне зоны действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента. При этом ложные срабатывания датчика проявляются в виде формирования на его выходе ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1".

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей датчика путем исключения влияния близости посторонних металлических объектов на его параметры, а также повышение надежности работы датчика путем устранения его ложных срабатываний от посторонних металлических предметов.

Поставленная цель достигается тем, что в известный датчик, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной 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, в него введены последовательно соединенные 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, а также логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго пороговых элементов соответственно, а выход его является выходом датчика, причем 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, а индуктивный и емкостной чувствительные элементы образуют чувствительный элемент датчика, при этом плоскость открытого торца ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность датчика.

На фиг.1 представлена функциональная схема датчика; на фиг.2 - схема взаимного расположения индуктивного и емкостного чувствительных элементов и контролируемого изделия; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу не встроенного заподлицо в металл датчика при срабатывании его от металлических изделий; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу встроенного в металл датчика при срабатывании его от металлических изделий.

Датчик содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, помещенной со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 с центральным отверстием в ее кольцевом пазу, высокочастотный генератор электрических колебаний 4, выполненный, например, по схеме автогенератора с индуктивной трехточкой, причем выходы индуктивного чувствительного элемента 1 подключены к цепям его колебательного контура (см. авторское свидетельство СССР №1418778, кл. МКИ⁴ G06М 3/00. "Датчик устройства для счета мелких деталей, 1988), первый пороговый элемент 5, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний 4, логический элемент И6, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента 5, выходную клемму 7, подключенную к выходу логического элемента И6 и являющуюся выходом датчика, емкостной чувствительный элемент 8, последовательно включенные мультивибратор 9, к входу которого подключен емкостной чувствительный элемент 8, выполненный, например, по схеме симметричного автогенератора 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), 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 - цепи (см. книгу: Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. - М.: Сов. радио, 1977, с.174, рис.4.9, б), второй пороговый элемент 11, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, выход которого соединен со вторым входом логического элемента И 6.

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 установлена 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 электромагнитное поле 12. 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, охватывающим своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности 2 по ее периметру. Причем на внешней кромке наружного кольцевого выступа чашки ферритового сердечника 3, образованной поверхностью открытого торца чашки ферритового сердечника 3 и ее наружной боковой поверхностью, существует электромагнитное поле рассеяния 13. При этом перед закрытым торцом чашки в воздушном пространстве 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 электромагнитное поле также отсутствует, так как это 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 8, установленного внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3, с электромагнитным полем 12 катушки индуктивности 2 полностью исключается.

Емкостной чувствительный элемент 8, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора 9, является одной из обкладок частотозадающего "раскрытого конденсатора", второй обкладкой которого являются электрические цепи общей "земли" мультивибратора 9 и датчика в целом, и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора 9 (см. журнал Радио, №10, 2002, с.38, рис.1; с.39, рис.3). При этом емкостной чувствительный элемент 8 выполнен в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, повторяющий геометрическую форму сквозного центрального отверстия, выполненного в чашке ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1. Причем емкостной чувствительный элемент 8 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 (на фиг.2 не показан) электромагнитного поля 12, существующего непосредственно у передней кромки центрального отверстия со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3, взаимодействовать с поверхностью емкостного чувствительного элемента 8 и тем самым исключает возможность внесения нежелательного дополнительного затухания в колебательный контур 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 датчика.

При этом индуктивный и емкостной чувствительные элементы 1, 8 образуют чувствительный элемент датчика. Причем плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника 3 катушки индуктивности 2 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 8, направленные в одну сторону, т.е. в сторону контролируемого изделия 14, установлены параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность датчика.

Такое взаимное расположение в пространстве емкостного и индуктивного чувствительных элементов 8, 1 и контролируемого изделия 14 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 15 (16) относительно чувствительного элемента датчика параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 12 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3 и электрического поля 17 емкостного чувствительного элемента 8 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 14 с электромагнитным полем 12 и электрическим полем 17. Это, в свою очередь, обеспечивает:

1) формирование на выходе порогового элемента 5 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия 14 в электромагнитном поле 12 индуктивного чувствительного элемента 1 датчика. При этом на выходе порогового элемента 11 формируется импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия 14 в электрическом поле 17 емкостного чувствительного элемента 8 датчика;

2) получение на выходе порогового элемента 5 в случае взаимодействия металлического контролируемого изделия 14 с индуктивным чувствительным элементом 1 датчика импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью всегда большей, чем длительность импульса на выходе порогового элемента 11;

3) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс порогового элемента 5, длительность которого больше, чем длительность импульса на выходе порогового элемента 11, всегда "охватывал" выходной импульс последнего.

Такое взаимное расположение индуктивного и емкостного чувствительных элементов и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием, а также соответствующая обработка предложенной схемой датчика их выходных сигналов позволяют расширить функциональные возможности датчика при его эксплуатации путем устранения влияния близости металлических материалов на его характеристики, а также повысить надежность его работы путем устранения ложных срабатываний датчика от посторонних металлических предметов, случайно попадающих в зону действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента.

Датчик работает следующим образом.

Рассмотрим работу датчика в двух случаях, когда датчик не встроен и встроен заподлицо в металл на объекте эксплуатации.

Случай 1. Датчик не встроен заподлицо в металл.

После подачи напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 14 вне зоны чувствительной поверхности датчика (см. фиг.2) генератор 4 переходит в режим генерации электрических колебаний, постоянная составляющая тока которых на его выходе создает падение напряжения, превышающее входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. При этом последний переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 6 (см. фиг.3). Вместе с тем в момент подачи напряжения питания мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10, на входе порогового элемента 11 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате пороговый элемент 11 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на втором входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.3). После чего на первом и втором входах логического элемента 6 устанавливаются соответственно напряжения U1 и U2 с уровнями логического "0". При этом на его выходе и на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 также с уровнем логического "0".

Таким образом, после подачи напряжения питания датчик устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 14 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0". После чего датчик готов к первому циклу контроля металлических изделий.

При перемещении в направлении стрелки 15 (16) в зону чувствительной поверхности датчика металлического контролируемого изделия 14 оно входит в зону действия электромагнитного поля 12. При этом происходит срыв генерации электрических колебаний генератора 4 вследствие внесения существенного затухания в его колебательный контур металлическим контролируемым изделием 14. В результате пороговый элемент 5 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.3). Но уровень логической "1" напряжения U1 на выход логического элемента 6 и на выходную клемму 7 не проходит, так как на его второй вход с выхода второго порогового элемента 11 подается напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение.

Далее контролируемое изделие 14, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 12, входит в зону действия электрического поля 17 емкостного чувствительного элемента 8 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 9 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 9 преобразуется детектором 10 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 11. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.3), которое подается на второй вход логического элемента 6. Так как на обоих входах логического элемента 6 с выходов пороговых элементов 5,11 устанавливаются соответственно напряжения U1, U2 с уровнями логической "1", на его выходе и на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1".

При дальнейшем перемещении в выбранном направлении контролируемое изделие 14, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 12, выходит из зоны действия электрического поля 17. При этом мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10 устанавливаются напряжения с уровнями 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 U2 с уровнем логического "0". Этот нулевой логический уровень напряжения U2 поступает на второй вход логического элемента 6, в результате чего логический элемент 6 переключается и на его выходе и выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0. На этом формирование сигнала контроля металлического изделия 14 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 заканчивается.

Затем контролируемое изделие 14 выходит из зоны действия электромагнитного поля 12. В результате генератор 4 переходит в режим генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние, при котором происходит переключение порогового элемента 5 также в исходное состояние, после чего на его выходе и на первом входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0". При этом переключения логического элемента 6 не происходит, так как на его обоих входах установлены напряжения U1, U2 с уровнями логического "0", после чего на его выходе и на выходной клемме 7 продолжает присутствовать напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подтверждает нахождение логического элемента 6, а следовательно, и датчика в исходном состоянии. На этом цикл контроля металлического изделия на выходной клемме 7 заканчивается.

При повторном прохождении контролируемого металлического изделия 14 относительно чувствительной поверхности датчика описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл контроля металлического изделия повторяется.

Повышение надежности работы датчика за счет устранения его ложных срабатываний при случайном попадании в зону действия электромагнитного поля 12 индуктивного чувствительного элемента 1 посторонних металлических предметов происходит следующим образом. При попадании в зону действия электромагнитного поля 12 постороннего металлического предмета генератором 4 и пороговым элементом 5 формируется ложный импульс напряжения U1 с уровнем логической "1", который подается на первый вход логического элемента 6. Но на его выход и на выходную клемму 7 датчика уровень логической "1" этого ложного импульса напряжения U1 не проходит, так как на втором входе логического элемента 6 с выхода порогового элемента 11 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение. В результате формирования на выходе датчика ложного импульса напряжения U3 с уровнем логической "1" не происходит.

Случай 2. Датчик встроен заподлицо в металл и подвержен его влиянию.

После подачи напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 14 вне зоны чувствительной поверхности датчика (см. фиг.2) генератор 4 переходит в режим срыва генерации электрических колебаний вследствие взаимодействия металла (на фиг.2 не показан), в который датчик встраивается заподлицо, с электромагнитным полем рассеяния 13 индуктивного чувствительного элемента 1 и внесения им существенного затухания в колебательный контур генератора 4. При этом постоянная составляющая тока на выходе генератора 4 создает падение напряжения, которое не превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. После чего пороговый элемент 5 переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на первый вход логического элемента 6. Вместе с тем в момент подачи напряжения питания мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10, на входе порогового элемента 11 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате пороговый элемент 11 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на втором входе логического элементов 6 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.4), после чего на первом и втором входах логического элемента 6 устанавливаются соответственно напряжения U1 с уровнем логической "1" и U2 с уровнем логического "0", поэтому на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0".

Таким образом, после подачи напряжения питания датчик устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 14 находится за пределами его чувствительной поверхности, а на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", после чего датчик готов к первому циклу контроля металлических изделий.

При перемещении в направлении стрелки 15 (16) в зону чувствительной поверхности датчика металлического контролируемого изделия 14 оно входит в зону действия электромагнитного поля 12. При этом генератор 4 вследствие внесенного существенного затухания в его колебательный контур металлом, в который он встроен заподлицо, продолжает находиться в режиме срыва генерации электрических колебаний. В результате пороговый элемент 5 находится в таком устойчивом состоянии, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 6 установлено напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.4).

Далее контролируемое изделие 14, продолжая оставаться в зоне действия электромагнитного поля 12, входит в зону действия электрического поля 17 емкостного чувствительного элемента 8 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 9 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 9 преобразуется детектором 10 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 11. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на второй вход логического элемента 6. Так как на обоих входах логического элемента 6 с выходов пороговых элементов 5, 11 устанавливаются соответственно напряжения U1, U2 с уровнями логической "1", на его выходе и на выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1". На этом формирование сигнала контроля металлического изделия 14 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 заканчивается.

При дальнейшем перемещении в выбранном направлении контролируемое изделие 14, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 12, выходит из зоны действия электрического поля 17. При этом мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 10 устанавливаются напряжения с уровнями 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 U2 с уровнем логического "0". Этот нулевой логический уровень напряжения U2 поступает на второй вход логического элемента 6, в результате чего логический элемент 6 переключается, и на его выходе и выходной клемме 7 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0". На этом формирование сигнала контроля металлического изделия 14 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 заканчивается.

Затем контролируемое изделие 14 выходит из зоны действия электромагнитного поля 12, после чего генератор 4 продолжает находиться в режиме срыва генерации электрических колебаний, т.е. в исходном состоянии, при котором пороговый элемент 5 также продолжает находиться в исходном состоянии, и на его выходе и на первом входе логического элемента 6 установлено напряжение U1 с уровнем логической "1". При этом логический элемент 6 продолжает находиться в исходном состоянии, так как на его втором входе установлено напряжение U2 с уровнем логического "0". В результате на его выходе и на выходной клемме 7 продолжает присутствовать напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подтверждает нахождение логического элемента 6, и, следовательно, датчика в исходном состоянии. На этом цикл контроля металлического изделия на выходной клемме 7 заканчивается.

При повторном прохождении контролируемого металлического изделия 14 относительно чувствительной поверхности датчика описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4, цикл контроля металлического изделия повторяется.

Таким образом, при встраивании предлагаемого датчика заподлицо в металл исключается его влияние на параметры срабатывания датчика, что существенно расширяет его функциональные возможности при применении. Так, например, предлагаемое техническое решение датчика обеспечивает гарантированное получение в производстве 100%-ного выхода датчиков, любой экземпляр которых пригоден как для монтажа в виде встраиваемого, так и невстраиваемого заподлицо датчика в металлические элементы технологического оборудования на объектах его эксплуатации, что, в свою очередь, расширяет функциональные возможности предлагаемого датчика в части расширения решаемых задач по автоматизации различных видов технологического оборудования, имеющего ограниченные объем монтажного пространства для датчика и зону его контроля. Кроме того, с помощью каждого экземпляра предлагаемого датчика обеспечивается контроль дна в глухом отверстии металлической детали или наличие отдельных металлических деталей на дне глухого отверстия сборочной единицы, находящейся на операции контроля. Наряду с этим в процессе технологических операций с помощью любого экземпляра предлагаемого датчика обеспечивается возможность производить контроль металлических деталей или металлических исполнительных органов машин и механизмов технологического оборудования в труднодоступных местах, например, при необходимости проникновения датчика для контроля детали через сквозное отверстие, внутренняя металлическая поверхность которого вплотную примыкает к наружной поверхности индуктивного чувствительного элемента датчика.

Повышение надежности работы датчика, встроенного заподлицо в металл, при случайном попадании в зону действия электромагнитного поля 12 посторонних металлических предметов в момент нахождения контролируемого изделия 14 вне зоны действия чувствительного элемента датчика происходит следующим образом. При случайном попадании постороннего металлического предмета в зону действия электромагнитного поля 12 генератором 4 и пороговым элементом 5 формирования ложного импульса напряжения U1 не происходит, так как под действием металла, в который встроен датчик заподлицо, в колебательный контур генератора 4 внесено существенное затухание. В результате генератор 4 постоянно находится в режиме срыва электрических колебаний, вследствие чего на выходе порогового элемента 11 и на первом входе логического элемента 6 установлено напряжение U1 с уровнем логической "1". Но этот уровень логической "1" напряжения U1 на его выход и на выходную клемму 7 не проходит, так как на втором входе логического элемента 6 с выхода второго порогового элемента 11 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение. Поэтому на выходе логического элемента 6 и на выходной клемме 7 продолжает оставаться напряжение U3 с уровнем логического "0".

Следовательно, формирования ложного импульса напряжения U3 с уровнем логической "1" на выходной клемме 7 датчика под действием посторонних металлических предметов, случайно попадающих в зону действия электромагнитного поля 12 индуктивного чувствительного элемента датчика, не происходит, чем обеспечивается устранение ложных срабатываний предлагаемого датчика и, тем самым, повышение надежности его работы.

Использование: в области автоматизации производственных процессов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности работы датчика. Датчик включает последовательно соединенные генератор электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, первый пороговый элемент, последовательно включенные мультивибратор с емкостным чувствительным элементом, установленным внутри центрального отверстия ферритового сердечника соосно с этим отверстием, детектор, второй пороговый элемент, а также логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго пороговых элементов соответственно, а выход его является выходом датчика. При этом индуктивный и емкостной чувствительные элементы образуют чувствительный элемент датчика. 4 ил.

Датчик контроля положения изделий, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной 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, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика путем исключения влияния близости посторонних металлических объектов на его параметры, а также повышения надежности работы датчика путем устранения его ложных срабатываний от посторонних металлических предметов, в него введены последовательно соединенные 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, а также логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго пороговых элементов соответственно, а выход его является выходом датчика, причем 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, а индуктивный и емкостной чувствительные элементы образуют чувствительный элемент датчика, при этом плоскость открытого торца ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность датчика.