УСТРОЙСТВО ИНДЕНТИФИКАЦИИ И КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2009 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для использования в машиностроении для идентификации (распознавания) металлических и неметаллических изделий, а также в качестве датчика положения металлических и неметаллических изделий независимо от их термического состояния.

Известно устройство идентификации изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника, высокочастотный генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, первый пороговый элемент, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний, второй пороговый элемент, инвертор, вход которого соединен с выходом второго порогового элемента, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу инвертора, а выход его является одним из выходов устройства (см. авторское свидетельство СССР №1422800, МКИ⁵ G01B 21/00 ″Датчик положения и контроля", 1988). Такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как оно не позволяет производить идентификацию (распознавание) металлических (нагретых и ненагретых) и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий из-за того, что по его первому выходу на выходной клемме 7 идентифицируются нагретые и ненагретые металлические изделия, но по его второму выходу на выходной клемме 12 осуществляется идентификация только нагретых неметаллических изделий, а ненагретые неметаллические изделия при этом на нем не идентифицируются. Наряду с этим такое устройство обладает сравнительно низкой надежностью функционирования из-за:

1) прохождения на его первый выход (выходная клемма 7) недостоверной информации об идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий, так как в момент нахождения устройства в исходном состоянии и нахождения металлического (нагретого или ненагретого) контролируемого изделия за пределами чувствительного элемента устройства при случайном попадании в зону действия электромагнитного поля индуктивного чувствительного элемента устройства посторонних нагретых или ненагретых металлических предметов на его первом выходе формируется ложный импульс напряжения с уровнем логической ″1″;

2) прохождения на его второй выход (выходная клемма 12) недостоверной информации об идентификации нагретых и ненагретых неметаллических изделий, так как в момент нахождения устройства в исходном состоянии и нахождения 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 электромагнитного поля индуктивного чувствительного элемента, 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″;

3) 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 электромагнитного поля, но в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника устройства, а устройство находится в исходном состоянии и контролируемое нагретое неметаллическое изделие расположено 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″.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника, высокочастотный генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, первый пороговый элемент, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний, логический элемент 2И, первый вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, а его выход является первым выходом устройства, второй пороговый элемент, выход которого соединен со вторым входом логического элемента 2И, инвертор, вход которого подключен к выходу второго порогового элемента, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом инвертора, а выход его является вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство СССР №1610268, кл. МКИ⁵ G01B 21/00 ″Индуктивно-оптический датчик положения и контроля″, 1990). Однако такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как оно не позволяет производить идентификацию (распознавание) металлических (нагретых и ненагретых) и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий (т.е. металлических и неметаллических изделий независимо от их термического состояния) из-за того, что по его первому выходу на выходной клемме 7 идентифицируются нагретые и ненагретые металлические изделия, но по его второму выходу на выходной клемме 12 происходит идентификация только нагретых неметаллических изделий. Кроме того, такое устройство обладает сравнительно низкой надежностью функционирования из-за:

1) прохождения на его второй выход (выходная клемма 12) недостоверной информации об идентификации нагретых неметаллических изделий, так как в момент нахождения устройства в исходном состоянии и нахождения 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 электромагнитного поля индуктивного чувствительного элемента, 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 электромагнитного поля, но в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника устройства, а устройство находится в исходном состоянии и контролируемое нагретое неметаллическое изделие расположено 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″.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения идентификации наряду с нагретыми и ненагретыми металлическими изделиями нагретых и ненагретых неметаллических изделий с повышением надежности работы устройства путем устранения ложных срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения.

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 соединенные второй пороговый элемент, инвертор, а также логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, второй вход - с выходом второго порогового элемента, а выход его является первым выходом устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу инвертора, а его выход является вторым выходом устройства, согласно изобретению введены 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, при этом выход первого порогового элемента соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, а 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 образуют чувствительный элемент устройства, а 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 индуктивного и емкостного чувствительных элементов и контролируемого изделия; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых или ненагретых металлических изделий в режиме идентификации металлических (нагретых и ненагретых) и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых или ненагретых неметаллических изделий в режиме идентификации металлических (нагретых и ненагретых) и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий.

Устройство содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, размещенной со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 с центральным отверстием в ее кольцевом пазу, 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 2И 6, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента 5, первую выходную клемму 7, подключенную к выходу логического элемента 6 и являющуюся первым выходом устройства, 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 - цепочки (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, а также инвертор 12, вход которого соединен с выходом второго порогового элемента 11 и со вторым входом логического элемента 2И 6, логический элемент 2ИЛИ-НЕ 13, первый вход которого подключен к выходу инвертора 12, второй вход - к выходу первого порогового элемента 5, вторую выходную клемму 14, соединенную с выходом логического элемента 13 и являющуюся вторым 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 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 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, охватывающим 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 8, установленного внутри центрального отверстия ферритового сердечника 3, с электромагнитным полем 19 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 устройства 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, совпадающей с геометрической формой 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 электромагнитного поля 19, 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 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. При этом индуктивный и емкостной чувствительные элементы 1, 8 образуют чувствительный элемент устройства. 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 15, установлены параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность устройства.

Такое взаимное расположение в пространстве емкостного чувствительного элемента 8, индуктивного чувствительного элемента 1 и контролируемого изделия 15 (см. фиг.3) при прохождении им в направлении стрелки 16 (17) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 19 у открытого торца чашки ферритового сердечника 3, электрического поля 18 емкостного чувствительного элемента всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 15 с электромагнитным полем 19, электрическим полем 18 емкостного чувствительного элемента 8. Это, в свою очередь, обеспечивает:

1) последовательное прохождение металлическим (нагретым и ненагретым) или неметаллическим (нагретым и ненагретым) контролируемым изделием 15 электромагнитного поля 19, затем взаимодействие его с электрическим полем 18 и выход его из зоны чувствительной поверхности устройства. В результате чего на выходе первого порогового элемента 5 формируется импульс напряжения с уровнем логической ″1″ длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электромагнитном поле 19 индуктивного чувствительного элемента 1, а на выходе второго порогового элемента 9 формируется импульс напряжения с уровнем логической ″1″ длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электрическом поле 18 емкостного чувствительного элемента;

2) получение на выходе первого порогового элемента 5 импульса длительностью всегда большей, чем длительность импульса на выходе второго порогового элемента 11;

3) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс первого порогового элемента 5 большей длительности всегда ″охватывал″ выходной импульс меньшей длительности второго порогового элемента 11.

Такое взаимное расположение 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 металлических (нагретых и ненагретых) и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий и повысить надежность работы устройства за счет устранения его ложных срабатываний от посторонних нагретых и ненагретых металлических и неметаллических изделий и технологических источников инфракрасного излучения.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 15 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.2) 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 переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логического ″0″ (см. фиг.3, фиг.4), которое подается на первый вход логического элемент 6 и на второй вход логического элемента 13. Вместе с тем 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, на втором входе логического элемента 6 и на входе инвертора 12 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического ″0″ (см. фиг.3, фиг.4). Так как на обоих входах логического элемента 6 установлены напряжения U1, U2 с уровнями логического ″0″, на его выходе и на первой выходной клемме 7 устанавливается напряжение U4 также с уровнем логического ″0″. В то же время на выходе инвертора 12 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической ″1″, которое подается на первый вход логического элемента 13. Так как на второй вход логического элемента 13 подается разрешающее инвертирование напряжение U1 с уровнем логического ″0″, по первому его входу происходит инвертирование им напряжения U3 с уровнем логической ″1″ в напряжение U5 с уровнем логического ″0″, которое проходит на выход логического элемента 13 и на вторую выходную клемму 14.

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 15 находится за пределами зоны чувствительной поверхности устройства, а на выходных клеммах 7 и 14 устанавливаются соответственно напряжения U4 и U5 с уровнями логического ″0″. После чего устройство готово к первому циклу идентификации нагретых и ненагретых металлических или нагретых и ненагретых неметаллических изделий в режиме идентификации металлических (нагретых и ненагретых) и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме идентификации металлических (нагретых и ненагретых) и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий, при котором контролируемое изделие 15 (см. фиг.2) перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах зон действия электромагнитного поля 19 и электрического поля 18 в одном из направлений по стрелке 16 или 17.

При перемещении в направлении стрелки 16 (17) в зону чувствительной поверхности устройства, например металлического (нагретого или ненагретого) изделия 15, оно входит в зону действия электромагнитного поля 19. При этом происходит срыв генерации электрических колебаний генератора 4 вследствие внесения существенного затухания в его колебательный контур металлическим контролируемым изделием 15. В результате резко уменьшается составляющая постоянного напряжения на выходе генератора и, когда его значение оказывается ниже входного порогового значения напряжения триггера порогового элемента 5, последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 (см. фиг.3) с уровнем логической ″1″, которое подается на второй вход логического элемента 13 и на первый вход логического элемента 6. Но на его выход и на выходную клемму 7 уровень логической ″1″ с выхода порогового элемента 5 не проходит, так как на втором входе логического элемента 6 установлено напряжение U2 с уровнем логического ″0″ с выхода порогового элемента 11.

Затем контролируемое изделие 15, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19, входит в зону действия электрического поля 18 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 и на вход инвертора 12. Так как на обоих входах логического элемента 6 установлены напряжения U1 и U2 с уровнями логической ″1″, на его выходе и на выходной клемме 7 устройства устанавливается напряжение U4 с уровнем логической ″1″. При этом уровень логической ″1″ напряжения U2 с выхода порогового элемента 11, проходя через инвертор 12, инвертируется им в напряжение U3 с уровнем логического ″0″ и подается на первый вход логического элемента 13. Напряжение U1 с уровнем логической ″1″ с выхода порогового элемента 5 инвертируется по его второму входу логическим элементом 13 и проходит на его выход и на выходную клемму 14 устройства в виде напряжения U5 с уровнем логического "О", так как на первом входе логического элемента 13 с выхода инвертора 12 установлено напряжение U3 с уровнем логического ″0″, разрешающее инвертирование и прохождение.

Через некоторый промежуток времени контролируемое изделие 15, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 19, выходит за пределы действия зоны электрического поля 18. После чего мультивибратор 9 переходит в заторможенное состояние, т.е. устанавливается в исходное состояние, и пороговый элемент 11 также устанавливается в исходное состояние, при котором на его выходе, на втором входе логического элемента 6 и на входе инвертора 12 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического ″0″. В результате логический элемент 6 переключается и на его выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логического ″0″. На этом цикл формирования сигнала идентификации металлического (нагретого или ненагретого) изделия заканчивается. При этом на выходе инвертора 12 и на первом входе логического элемента 13 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической ″1″, и переключения логического элемента 13 не происходит, так как на обоих его входах установлены напряжения с уровнями логической ″1″. В результате чего на его выходе и выходной клемме 14 продолжает присутствовать напряжение U5 с уровнем логического ″0″.

И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 15 выходит из зоны действия электромагнитного поля 19. В результате генератор 4 снова переходит в режим генерации колебаний, т.е. в исходное состояние, и пороговый элемент 5 также переключается в исходное состояние, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического ″0″. После чего описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3 в остальных его точках схемы, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия 15 из зоны действия электромагнитного поля 19, не изменились, так как переключения инвертора 12 и логического элемента 13 не происходит. При этом схема устройства окончательно устанавливается в исходное состояние, и на этом цикл идентификации металлического (нагретого или ненагретого) изделия заканчивается. При повторном прохождении контролируемого металлического (нагретого или ненагретого) изделия 15 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл идентификации металлического (нагретого или ненагретого) изделия на первой выходной клемме 7 устройства повторяется.

Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства металлического (нагретого или ненагретого) изделия на выходной клемме 7 устройства отрабатывается потенциальный информационный сигнал напряжения U4 с уровнем логической ″1″ об его идентификации, а на выходной клемме 14 устройства при этом присутствует напряжение U5 с уровнем логического ″0″.

В случае введения контролируемого неметаллического (нагретого или ненагретого) изделия 15 в направлении стрелки 16 (17) в зону чувствительной поверхности устройства при взаимодействии его с электромагнитным полем 19 существенного затухания в колебательный контур генератора 4 оно не вносит. При этом изменения режима генератора 4 относительно его исходного состояния и срабатывания порогового элемента 5 не происходит. В результате чего на первой выходной клемме 7 формирования импульса напряжения U4 с уровнем логической ″1″ не происходит до окончания цикла идентификации неметаллического (нагретого или ненагретого) изделия (см. фиг.4). В этом случае формируется только импульс напряжения U2 с уровнем логической ″1″ на выходе порогового элемента 11, который инвертируется инвертором 12 и логическим элементом 13 в импульс напряжения U5 с уровнем логической ″1″ и проходит на вторую выходную клемму 14, так как в этот момент на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 13 с выхода порогового элемента 5 поступает разрешающий инвертирование и прохождение нулевой логический уровень напряжения U1. После окончания формирования на выходной клемме 14 устройства сигнала идентификации неметаллического (нагретого или ненагретого) изделия и выхода контролируемого неметаллического изделия 15 из зоны действия электромагнитного поля 19 схема устройства окончательно устанавливается в исходное состояние, и на этом цикл идентификации неметаллического (нагретого или ненагретого) изделия заканчивается. При повторном прохождении контролируемого неметаллического (нагретого или ненагретого) изделия 15 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4, цикл идентификации неметаллического (нагретого или ненагретого) изделия на второй выходной клемме 14 устройства повторяется.

Следовательно, при прохождении относительно чувствительного элемента устройства неметаллического (нагретого или ненагретого) изделия на выходной клемме 14 устройства отрабатывается потенциальный информационный сигнал U5 напряжения с уровнем логической ″1″ об его идентификации, а на выходной клемме 7 устройства при этом присутствует напряжение U4 с уровнем логического ″0″.

Таким образом, в рассмотренном режиме работы устройства сигнал на его первой выходной клемме 7 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства металлического (нагретого или ненагретого) изделия, а сигнал на второй выходной клемме 14 - неметаллического (нагретого или ненагретого) изделия, чем и обеспечивается идентификация (распознавание) металлических и неметаллических изделий независимо от их термического состояния (т.е. идентифицируются контролируемые изделия по виду материала - металлическое или неметаллическое изделие) и повышение надежности работы устройства.

Повышение надежности работы устройства за счет устранения ложных срабатываний по его второму выходу (выходная клемма 14) от посторонних источников инфракрасного излучения обеспечивается тем, что в предлагаемом устройстве отсутствует фотоприемник инфракрасного излучения для приема инфракрасного излучения от нагретых неметаллических контролируемых изделий. Поэтому оно обладает высокой помехоустойчивостью в условиях воздействия интенсивных помех во всем инфракрасном диапазоне излучений от различных 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.

Предлагаемое устройство обеспечивает также устранение ложных срабатываний по его первому выходу (выходная клемма 7) при случайном попадании посторонних нагретых и ненагретых металлических предметов в зону действия электромагнитного поля 19. Устранение ложных срабатываний устройства при этом осуществляется следующим образом. При попадании в зону действия электромагнитного поля 19 устройства в момент нахождения его в исходном состоянии, при котором контролируемое металлическое (нагретое или ненагретое) изделие 15 находится за пределами его чувствительной поверхности, постороннего нагретого или ненагретого металлического предмета на выходе порогового элемента 5 формируется импульс напряжения с уровнем логической "1", который поступает на первый вход логического элемента 6. Однако этот ложный импульс на выход логического элемента 6 и выходную клемму 7 не проходит, так как одновременно на его второй вход с выхода порогового элемента 11 поступает запрещающий нулевой логический уровень напряжения.

Предлагаемое устройство обеспечивает также его работу в режиме контроля положения металлических и неметаллических изделий (нагретых и ненагретых), так как в нем используется потенциальный принцип формирования информационных сигналов об идентификации контролируемых изделий.

Так при помещении контролируемого металлического или неметаллического изделия (нагретого или ненагретого) в зону действия чувствительного элемента предлагаемого устройства на его соответствующем выходе устанавливается потенциал выходного напряжения с уровнем логической "1", соответствующий информационному сигналу о положении контролируемого изделия, длительность которого определяется временем нахождения контролируемого изделия в зоне действия электромагнитного поля 19 для металлических (нагретых и ненагретых) контролируемых изделий и временем нахождения в зоне действия электрического поля 18 для неметаллических (нагретых и ненагретых) контролируемых изделий.

Причем этот сигнал не исчезает как, например, в случае импульсного принципа формирования информационного сигнала о контролируемом изделии по перепадам напряжения (по переднему или по заднему фронту), а продолжает непрерывно отслеживать потенциальным уровнем выходного напряжения контролируемое изделие как при перемещении его в пределах чувствительной поверхности устройства, так и при нахождении контролируемого изделия в ней в неподвижном состоянии в течение неопределенного промежутка времени. Т.е. при этом имеет место однозначное соответствие информационного сигнала на соответствующей выходной клемме устройства положению контролируемого изделия в определенной точке пространства, где установлено предлагаемое устройство. Это, в свою очередь, и обеспечивает работу предлагаемого устройства в режиме контроля положения металлических и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий.

В режиме контроля положения металлических (нагретых и ненагретых) изделий устройство функционирует как бесконтактный индуктивный датчик положения автогенераторного типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При этом информационный сигнал снимается с выходной клеммы 7, а выходная клемма 14 не задействуется.

В режиме контроля положения неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения емкостного типа. Работа устройства в этом режиме описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. В этом случае информационный сигнал снимается с выходной клеммы 14, а выходная клемма 7 не задействуется.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) металлических (нагретых и ненагретых) и неметаллических (нагретых и ненагретых) изделий. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы. Устройство включает индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, и емкостной чувствительный элемент в виде токопроводящей пластины, размещенный внутри центрального отверстия ферритового сердечника соосно с этим отверстием параллельно поверхности открытого торца ферритового сердечника. При этом индуктивный и емкостной чувствительный элементы образуют чувствительный элемент устройства. При перемещении металлического изделия (нагретого или ненагретого) относительно чувствительного элемента устройства происходит последовательное взаимодействие его с электромагнитным полем индуктивного чувствительного элемента и с электрическим полем емкостного чувствительного элемента. 4 ил.

Устройство идентификации и контроля положения 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 соединенные второй пороговый элемент, инвертор, а также логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, второй вход - с выходом второго порогового элемента, а выход его является первым выходом устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу инвертора, а его выход является вторым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения идентификации наряду с нагретыми и ненагретыми металлическими изделиями нагретых и ненагретых неметаллических изделий с повышением надежности работы устройства путем устранения ложных срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения, в него введены 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, при этом выход первого порогового элемента соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, а 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 образуют чувствительный элемент устройства, а плоскость открытого торца ферритового сердечника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность устройства.