УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ НАГРЕТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2013 года по МПК G01P13/04 G01B7/00 G01B11/00 

Изобретение относится к области автоматизации производственных технологических процессов и предназначено для контроля направления перемещения и положения нагретых металлических и неметаллических изделий в различных отраслях промышленности.

Известно устройство контроля направления перемещения и положения изделий (см. RU №2191346, кл. МПК⁷ G01B 7/00, опубликовано 20.10.2002), содержащее первый и второй индуктивные чувствительные элементы, генератор электрических колебаний, первый и второй пороговые элементы, первый и второй триггеры, блок установки в исходное состояние, первый и второй логические элементы И, первый выход первого логического элемента соединен с входом первого триггера, выходную клемму.

Но такое устройство имеет сравнительно сложную схему, что усложняет конструкцию, увеличивает трудоемкость на стадии производства и ухудшает его стоимостные характеристики,

Наряду с этим данное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как в нем отсутствует возможность:

- производить контроль направления перемещения и положения нагретых неметаллических изделий;

- трансформирования его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий.

Кроме того, в таком устройстве информация о контроле положения и перемещения изделий в прямом и обратном направлении содержится в одном информационном сигнале устройства, не разнесена по разным отдельным электрическим цепям и передается через одну выходную клемму, что ухудшает эксплуатационные характеристики устройства, так как при этом требуется применение дополнительных аппаратных и (или) программных средств для обработки информационного сигнала этого устройства, несущего по одному проводу совокупную информацию о контролируемых изделиях с целью разделения ее на отдельные информационные составляющие (контроль перемещения изделий в прямом направлении, контроль перемещения изделий в обратном направлении, контроль положения изделий), распределения их по раздельным электрическим цепям для нужд различных потребителей на объекте эксплуатации устройства

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство контроля направления перемещения и положения изделий, содержащее первый и второй чувствительные элементы, последовательно соединенные первые генератор электрических колебаний, детектор и пороговый элемент, последовательно соединенные вторые генератор электрических колебаний, детектор и пороговый элемент, а также блок установки в исходное состояние, первый и второй логические элементы И, входы которых соединены с выходами первого и второго пороговых элементов соответственно, первый и второй триггеры, R-входы которых соединены с выходом блока установки в исходное состояние, а инверсные выходы первого и второго триггеров подключены к D-входам соответственно второго и первого триггеров, первую и вторую выходные клеммы, являющиеся соответственно первым и вторым выходами устройства (см. ”Устройство для определения положения и направления перемещения контролируемого объекта”. Информационный листок о научно-техническом достижении №84-6, Калужский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, 1984 г.).

Однако такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как:

1) не позволяет производить контроль нагретых неметаллических изделий. Этот недостаток обусловлен тем, что его первый и второй чувствительные элементы выполнены в виде чувствительных элементов индуктивного типа и реагируют только на нагретые и ненагретые металлические изделия;

2) в нем отсутствует возможность трансформирования его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с одним выходом путем соединения его выходных клемм между собой по схеме монтажное ИЛИ;

3) в таком устройстве отсутствует возможность трансформирования его с помощью контролируемых изделий в устройство контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий или в датчик контроля положения этих изделий с использованием только одного его соответствующего выхода, на котором отрабатывается сигнал о контроле положения этих изделий;

4) в таком устройстве отсутствует возможность трансформирования его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами путем встраивания со стороны его чувствительного элемента заподлицо в металлические объекты, так как при таком встраивании это устройство теряет работоспособность.

Решаемая задача изобретением - расширение функциональных возможностей устройства путем расширения номенклатуры контролируемых изделий и трансформирования его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с помощью контролируемых изделий, соединения между собой его выходов и встраивания его заподлицо в металлические объекты.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй чувствительные элементы, последовательно включенные первые генератор электрических колебаний, детектор и пороговый элемент, последовательно включенные вторые генератор электрических колебаний, детектор и пороговый элемент, а также блок установки в исходное состояние, первый и второй логические элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, первый и второй триггеры, R-входы которых соединены с выходом блока установки в исходное состояние, инверсные выходы - с D-входами соответственно второго и первого триггеров, в него введены первый и второй блоки индикации, входы которых подключены к прямым выходам соответственно первого и второго триггеров, С-входы которых соединены с выходами соответствующих логических элементов И, формирователь импульсов, выход которого подключен к входу блока установки в исходное состояние и вторым входам первого и второго логических элементов И, оптический чувствительный элемент, выполненный в виде инфракрасного фотоприемника, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, при этом к входам первого и второго генераторов электрических колебаний, каждый из которых выполнен в виде мультивибратора, подключены соответственно первый и второй чувствительные элементы, каждый из которых выполнен емкостным в виде токопроводящей пластины любой геометрической формы, а первый, второй чувствительные элементы и оптический чувствительный элемент установлены в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, причем первый и второй чувствительные элементы установлены вдоль прямой линии с зазором между их торцевыми поверхностями, обеспечивающим устранение взаимодействия электрического поля рассеяния одного чувствительного элемента с другим чувствительным элементом, оптический чувствительный элемент установлен со стороны направленных в одну сторону первых плоских поверхностей первого и второго чувствительных элементов напротив зазора между торцевыми поверхностями первого и второго чувствительных элементов и ориентирован так, что его оптическое окно направлено в сторону первых плоских поверхностей первого и второго чувствительных элементов, а геометрическая ось симметрии его оптического окна в месте этого зазора равноудалена от торцевых поверхностей первого и второго чувствительных элементов, вторые плоские поверхности которых и поверхность оптического окна оптического чувствительного элемента, направленные в одну сторону, образуют чувствительную поверхность устройства, наряду с этим дальность действия зоны чувствительности оптического чувствительного элемента вдоль оси симметрии его оптического окна превышает дальность действия зон чувствительностей первого и второго чувствительных элементов вдоль осей симметрии вторых их плоских поверхностей что обеспечивает наличие в устройстве двух зон его чувствительности: ближней зоны чувствительности, в пределах которой действуют зоны чувствительности первого и второго чувствительных элементов и зона чувствительности оптического чувствительного элемента, и дальней зоны чувствительности, в пределах которой действует зона чувствительности только одного оптического чувствительного элемента, при этом в ближней зоне чувствительности устройства обеспечивается трансформирование его с помощью контролируемых изделий в устройство контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами путем радиального перемещения их в пределах ближней зоны чувствительности устройства, в дальней и ближней зонах чувствительности устройства обеспечивается трансформирование его с помощью контролируемых изделий в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с использованием только одного соответствующего выхода устройства, на котором отрабатывается информационный сигнал контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий, путем осевого перемещения их последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение, вместе с тем прямые выходы первого и второго триггеров, являющиеся соответственно первым и вторым выходами устройства, выполнены в виде открытых выходов обеспечивающих трансформирование устройства при радиальном перемещении нагретых металлических и неметаллических изделий в пределах ближней зоны чувствительности устройства и при осевом перемещении их последовательно в пределы этих зон и обратно в исходное положение в датчик контроля положения этих изделий с одним выходом путем соединения между собой первого и второго выходов устройства, точка соединения между собой которых является выходом образованного таким образом датчика, наряду с этим путем встраивания устройства в металлические объекты обеспечивается трансформирование его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами, при котором на одном выходе устройства отрабатывается потенциальный сигнал напряжения о контроле их положения с одновременным дублированием (размножением) сигнала этого выхода на другом его выходе при радиальном перемещении контролируемых изделий в пределах обеих зон чувствительности устройства и осевом перемещении их в пределы дальней зоны его чувствительности и обратно в исходное положение.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства;

на фиг.2 - схема блока установки в исходное состояние;

на фиг.3 - взаимное расположение, ориентация емкостных чувствительных элементов, оптического чувствительного элемента и контролируемого изделия, а также соотношение дальностей действия зон чувствительности емкостных чувствительных элементов и оптического чувствительного элемента;

на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства в режиме контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий;

на фиг.5 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства в режиме контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий при трансформировании его в датчик контроля положения этих изделий путем встраивания устройства заподлицо в металлические объекты.

Устройство содержит (см. фиг.1) первый и второй емкостные чувствительные элементы 1, 2, последовательно соединенные первые генератор электрических колебаний 3, выполненный, например, по схеме мультивибратора, к входу которого подключен первый емкостной чувствительный элемент 1, детектор 4 и пороговый элемент 5, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, последовательно соединенные вторые генератор электрических колебаний 6, выполненный, например, по схеме мультивибратора, к входу которого подключен второй емкостной чувствительный элемент 2, детектор 7 и пороговый элемент 8, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, а также оптический чувствительный элемент 9, формирователь 10 импульсов, к входу которого подключен оптический чувствительный элемент 9, блок 11 установки в исходное состояние, вход которого подключен к выходу формирователя 10 импульсов, первый 12 и второй 13 логические элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов 5 и 8, вторые входы - с выходом формирователя 10 импульсов, первый и второй триггеры 14, 15, С-ходы которых соединены с выходами соответственно первого и второго логических элементов И 12 и 13, R-входы - с выходом блока 11 установки в исходное состояние, инверсные выходы первого и второго триггеров 14 и 15 - с D-входами соответственно второго и первого триггеров 15 и 14, первый и второй блоки 18 и 17 индикации, входы которых подключены к прямым выходам соответственно первого и второго триггеров 14 и 15; первую и вторую выходные клеммы 18 и 19, подключенные к прямым выходам соответственно первого и второго триггеров 14 и 15 и являющиеся соответственно первым и вторым выходами устройства.

Прямые выходы триггеров 14, 15 выполнены в виде открытых выходов Н-типа (см. ГОСТ 2. 743-91, таблица 4), например, на транзисторах p-n-p типа с открытыми коллекторами. Выполнение прямых выходов триггеров 14, 15 в виде открытых выходов Н-типа позволяет трансформировать устройство в другой тип устройства. Т.е. это позволяет трансформировать устройство с двумя выходами, обладающее функциональными возможностями устройства контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий при радиальном их перемещении в пределах ближней зоны чувствительности устройства, в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с одним выходом при их радиальном и осевом перемещениях относительно чувствительной поверхности устройства, что расширяет его функциональные возможности. Такое трансформирование осуществляется простым способом без изменения его схемы, конструкции и без дополнительных энергетических затрат путем соединения между собой выходных клемм 18 и 19 устройства по схеме монтажное ИЛИ. Причем прямые выходы триггеров 14, 15 выполнены с уровнями нагрузочной способности, обеспечивающими коммутацию подключаемых к ним нагрузок (на фиг.1 не показаны) в виде управляющих обмоток электромагнитных пускателей и слаботочных электромагнитных реле. Кроме того, нагрузкой прямых выходов триггеров 14, 15 могут быть входы логических и аналоговых микросхем.

Оптический чувствительный элемент 9 и формирователь 10 импульсов включены, например, по схеме (см. ”В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып.97 / Сост. Б.Г.Успенский. - М.: ДОСААФ, 1987. - 78 с, ил.”, с.58, рис.13), в которой оптический чувствительный элемент 9 выполнен в виде инфракрасного фотоприемника на основе фотодиода VD1, спектральная характеристика которого согласована со спектром инфракрасного излучения контролируемых изделий 20 а формирователь 10 импульсов устройства выполнен в виде компаратора напряжения на микросхеме DA1 выход которого является выходом формирователя 10 импульсов. Выводы анода и катода фотодиода VD1 подключены соответственно к инверсному и прямому входам микросхемы DA1. Кроме фотодиода VD1 и компаратора напряжения на микросхеме DA1 схема содержит также конденсатор С1, последовательно соединенные резисторы R1, R2, первые выводы которых подключены соответственно к шине +5В и общей шине источника питания, а точка соединения их вторых выводов - к катоду фотодиода VD1 и положительному выводу конденсатора С1, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной источника питания, резистор R3*. первый вывод которого подключен к инверсному входу микросхемы DA1, второй вывод - к общей шине источника питания, резистор R4. Вывод 11 микросхемы DA1 соединен с шиной +5B источника питания, вывод 6 - с общей шиной источника питания. Резисторы R1, R2 образуют делитель напряжения и устанавливают величину обратного напряжения смещения на катоде фотодиода VD1. Резистором R3* производится регулировка чувствительности фотодиода VD1 к потоку инфракрасного излучения, испускаемого нагретыми контролируемыми изделиями 20. Причем в формирователе 10 импульсов устройства (по сравнению с указанным выше литературным источником) использован вывод 2 открытого эмиттерного выхода микросхемы DA1, который служит выходом компаратора и, следовательно, выходом формирователя 10 импульсов устройства, а ее вывод 9 открытого коллекторного выхода соединен с шиной +5В источника питания. При этом резистор R4 включен между выводом 2 микросхемы DA1 и общей шиной питания. Использование открытого эмиттерного выхода в формирователе 10 импульсов устройства обеспечивает переключение в нем логических элементов 12, 13 и триггеров 14, 15 в соответствии с требуемым алгоритмом работы схемы устройства.

С помощью резистора R3* чувствительность фотодиода VD1 к потоку инфракрасного излучения нагретых металлических и неметаллических контролируемых изделий 20 установлена для оптического чувствительного элемента 9 устройства на таком уровне, чтобы, например, дальность действия зоны 21 чувствительности оптического чувствительного элемента 9 вдоль оси симметрии, проведенной через центр симметрии и перпендикулярно поверхности его оптического окна, превышала дальность действия электрических полей 22 и 23, образующих зоны чувствительности емкостных чувствительных элементов 1 и 2 соответственно, вдоль осей симметрии, проведенных через центры симметрии и перпендикулярно плоским поверхностям емкостных чувствительных элементов 1 и 2 соответственно.

Такая настройка зоны чувствительности оптического чувствительного элемента 9 позволяет получить в устройстве две зоны чувствительности: ближнюю зону чувствительности, в которой одновременно действуют в пределах стрелки 24 зоны чувствительности емкостных чувствительных элементов 1, 2 и зона 21 чувствительности оптического чувствительного элемента 9, и дальнюю зону чувствительности, в которой действует в пределах стрелки 25 только одна зона 21 чувствительности оптического чувствительного элемента 9. Это в свою очередь позволяет трансформировать функциональные возможности устройства с помощью контролируемых изделий 20: при радиальном перемещении их в пределах ближней зоны чувствительности устройства в прямом по стрелке 26 и обратном по стрелке 27 направлениях оно функционирует как устройство контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий 20 с использованием соответственно первого и второго его выходов, которыми являются соответственно выходные клеммы 18 и 19; при осевом перемещении контролируемых изделий 20 по стрелке 28 последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение оно трансформируется ими в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий 20 с использованием только одного выхода устройства, которым является одна выходная клемма 18 (19), на которой отрабатывается потенциальный информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических и неметаллических изделий, вторая клемма 19 (18), на которой продолжает присутствовать напряжение с уровнем логического ”0”, соответствующее исходному состоянию устройства, при этом не задействуется.

Следовательно, наличие в устройстве ближней и дальней зон его чувствительности позволяет с помощью контролируемых изделий 20 трансформировать его функциональные возможности простым способом: без изменения его электрической схемы, без дополнительных энергетических затрат и тем самым расширить его функциональные возможности.

Устройство обеспечивает также трансформирование его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами путем встраивания устройства со стороны его чувствительного элемента заподлицо в металлические объекты. При этом образованный таким образом датчик обеспечивает контроль положения этих изделий по одному его выходу с одновременным дублированием (размножением) сигнала контроля этого выхода на другом его выходе. Такой режим контроля нагретых металлических и неметаллических изделий 20 осуществляется при радиальном перемещении их по стрелкам 26, 27 в пределах обеих зон чувствительности устройства и при осевом перемещении их по стрелке 28 в пределы дальней зоны его чувствительности и обратно в их исходное положение.

Такое трансформирование обеспечивается наличием у емкостных чувствительных элементов 1 и 2 соответственно электрических полей 29 и 30 рассеяния, существующих по периметрам кромок, образованных их плоскими и торцевыми поверхностями. При встроенном устройстве в металлические объекты (на фиг.1, фиг.3 не показаны), которыми могут быть, например, металлические элементы объекта его эксплуатации, происходит взаимодействие с ними полей 29, 30. При этом указанные металлические объекты образуют с емкостными чувствительными элементами 1, 2 электрические конденсаторы. Значения электрических емкостей, образованных таким образом конденсаторов, достигают таких пределов, при которых происходит возбуждение генераторов 3, 6 и переход их в режим генерации электрических колебаний. Амплитуды выходных импульсов генераторов 3, 6 преобразуются соответственно детекторами 4 и 7 в постоянные напряжения с уровнями логической ”1”, которые превышают входные пороговые значения напряжений триггеров элементов 5 и 8 соответственно. При этом последние переключаются в другое состояние, при котором на их выходах устанавливаются соответственно напряжения U2 и U3 с уровнями логической ”1”, которые подаются на первые входы элементов 12 и 13 соответственно В результате на первых входах элементов 12 и 13 устанавливается фиксированные уровни логической ”1” соответственно напряжений U2 и U3 на все время нахождения устройства во встроенном заподлицо в металлические объекты состоянии. После чего логические элементы И 12 и 13 под действием соответственно напряжений U2 и U3 с уровнями логической ”1” трансформируются в повторители, а устройство - в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами, при котором на одном его выходе отрабатывается потенциальный сигнал контроля положения этих изделий с одновременным дублированием (размножением) этого сигнала на другом выходе устройства.

Наличие возможности трансформирования устройства в такой датчик позволяет выполнять им в составе автоматизированных технологических линий по сборке изделий две технологические операции: контроль направления перемещения нагретых металлических и неметаллических деталей при подаче их в зону монтажа и контроль положения этих деталей после монтажа их внутри металлического корпуса собираемого изделия сквозь выполненное в нем отверстие, трансформируясь при этом в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий при охвате этим отверстием чувствительного элемента устройства. При этом на выходах трансформированного таким путем устройства отрабатывается сигнал контроля положения нагретых металлических или неметаллических деталей в момент попадания их в дальнюю зону его чувствительности.

Вместе с тем трансформированное устройство в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с размножением сигналов на его выходах целесообразно применять для дублирования и резервирования электрических цепей в составе ответственных объектов его эксплуатации, к которым предъявляются высокие требования в части надежности и условий их эксплуатации.

Таким образом, трансформирование устройства в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с размножением сигналов контроля на его выходах путем встраивания его в металлические объекты также расширяет его функциональные возможности.

Каждый генератор 3, 8 выполнен, например, в виде мультивибратора с подключенным к его входу емкостным чувствительным элементом, выполненного, 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”, 1374”. с.155, рис.4.42, а).

Емкостной чувствительный элемент, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора, является одной из обкладок частотозадающего ”раскрытого конденсатора”, второй обкладкой которого являются электрические цепи общей ”земли” мультивибратора и устройства в целом, и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора (см. журнал ”Радио”, №10, 2002, с. 38, рис. 1; с. 39, рис.3). При этом каждый емкостной чувствительный элемент 1, 2 выполнен в виде металлической пластины. Между торцевыми поверхностями емкостных чувствительных элементов 1 и 2 имеется гарантированный зазор. Минимальная ширина этого зазора выбирается такой, чтобы исключить возможность взаимодействия электрического поля одного емкостного чувствительного элемента с торцевыми и плоскими поверхностями другого емкостного чувствительного элемента, наличие которого приводит к взаимным наводкам в электрических схемах генераторов 3, 6 и, как следствие, к нарушению устойчивости работы электрической схемы устройства. При этом емкостной чувствительный элемент 1 или 2 может быть выполнен различной геометрической формы, например, треугольной, квадратной, прямоугольной, пяти- или шестиугольной и другой формы, т.е. любой геометрической формы, которая обеспечивала бы размером своей площади образование при взаимодействии его с контролируемым изделием электрического конденсатора с необходимым значением электрической емкости, достаточной для возникновения режима генерации электрических колебаний мультивибратора. Причем емкостные чувствительные элементы 1 и 2 подключены к входам соответственно генераторов 3 и 6. Первый, второй чувствительные элементы 1, 2 и оптический чувствительный элемент 9 установлены в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства. При этом первый и второй чувствительные элементы 1, 2 установлены вдоль прямой линии с зазором между их торцевыми поверхностями. Напротив этого зазора со стороны первых плоских поверхностей емкостных чувствительных элементов 1, 2, направленных в одну сторону, установлен оптический чувствительный элемент 9 и ориентирован таким образом, что его оптическое окно направлено в сторону этих поверхностей, а геометрическая ось симметрии его оптического окна в месте этого зазора равноудалена от торцевых поверхностей первого и второго емкостных чувствительных элементов 1, 2. Вторые плоские поверхности емкостных чувствительных элементов 1, 2 и оптическое окно оптического чувствительного элемента 9, направленные в одну сторону, т.е. в сторону контролируемого изделия 20, образуют чувствительную поверхность устройства.

Такое взаимное расположение, ориентация емкостных чувствительных элементов 1, 2 и оптического чувствительного элемента 9 в пространстве всегда обеспечивает при радиальном перемещении контролируемого нагретого металлического или нагретого неметаллического изделия 20 по стрелке 28 (27) в пределах ближней зоны чувствительности устройства последовательное взаимодействие его с емкостным чувствительным элементом 1 (2), оптическим окном чувствительного элемента 9 и с емкостным чувствительным элементом 2 (1). При этом:

1) происходит последовательно сначала взаимодействие изделия 20 с полем 22 (23), потом пересечение им зоны 21 элемента 9, оставаясь при этом в зоне действия поля 22 (23), и затем, оставаясь в поле 22 (23) и в зоне 21 элемента 9, оно входит в поле 23 (22), далее изделие 20 выходит из поля 22 (23), оставаясь при этом в зоне 21 элемента 9 и в поле 23 (22), потом изделие 20 выходит из зоны 21 элемента 9, оставаясь при этом в поле 23 (22), и на последнем отрезке своего перемещения изделие 20 выходит из поля 23 (22) и, следовательно, из зоны действия чувствительной поверхности устройства;

2) при пересечении изделием 20 поля 22 происходит на выходе элемента 5 формирование импульса напряжения с уровнем логической ”1” длительностью, равной длительности нахождения изделия 20 в поле 22 элемента 1;

3) при пересечении изделием 20 зоны 21 элемента 9 происходит на выходе формирователя 10 формирование импульса напряжения с уровнем логической ”1” длительностью, равной длительности нахождения изделия 20 в зоне 21 элемента 9;

4) при пересечении изделием 20 поля 23 происходит на выходе элемента 8 формирование импульса напряжения с уровнем логической ”1” длительностью, равной длительности нахождения изделия в электрическом поле 23 элемента 2;

5) расстановка на временной оси сформированных таким образом импульсов всегда обеспечивает:

- задержку импульса выходного напряжения U3 (U2) элемента 8 (5) относительно импульса выходного напряжения U2 (U3) элемента 5 (в) на время меньшее, чем длительность импульса выходного напряжения U2 (U3) элемента 5 (8);

- задержку импульса выходного напряжения U3 (U2) элемента 8 (5) относительно импульса выходного напряжения U4 формирователя 10 на время меньшее, чем длительность импульса выходного напряжения U4 формирователя 10;

- задержку импульса выходного напряжения U4 формирователя 10 относительно импульса выходного напряжения U2 (U3) элемента 5 (8) на время меньшее, чем длительность импульса напряжения U2 (U3) элемента 5 (8);

- задержку импульса выходного напряжения U5 (U8) элемента 12 (13) относительно импульса выходного напряжения U2 (U3) элемента 5 (8) на время меньшее, чем длительность импульса напряжения U2 (U3) элемента 5 (8);

- задержку импульса выходного напряжения U6 (U5) элемента 13 (12) относительно импульса выходного напряжения U5 (U6) элемента 12 (13) на время меньшее, чем длительность импульса напряжения U5 (U6) элемента 12 (13);

- ”охватывание” импульсом выходного напряжения U4 формирователя 10 импульсов выходных напряжений U5 (U6), U8 (U5) элементов 12 (13), 13 (12) соответственно;

- ”охватывание” импульсом выходного напряжения U2 (U3) элемента 5 (8) импульса выходного напряжения U5 (U6) элемента 12 (13);

- ”охватывание” импульсом выходного напряжения U3 (U2) элемента 8 (5) импульса выходного напряжения U8 (U5) элемента 13 (12).

Введение оптического чувствительного элемента 9, формирователя 10 импульсов, блоков 18, 17 индикации, выполнение чувствительных элементов 1, 2 емкостными, а генераторов 3, 6 в виде мультивибраторов, соответствующее взаимное расположение и ориентация оптического чувствительного элемента 9 с чувствительными элементами 1, 2 в пространстве с их соответствующими электрическими связями и взаимодействие их в описанной выше последовательности с изделием 20, наличие в устройстве ближней и дальней зон его чувствительности, а также соответствующая обработка предложенной схемой устройства выходных сигналов генераторов 3, 6, формирователя 10 импульсов позволяют реализовать принцип действия устройства в режиме бесконтактного контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами и трансформирование устройства с помощью контролируемых изделий, его выходных клемм 18, 19 и путем встраивания его заподлицо в металлические объекты в датчики положения контролируемых изделий с одним и двумя выходами соответственно, обеспечивающие режимы бесконтактного контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий, и тем самым расширить его функциональные возможности.

Блоки 18, 17 предназначены для визуального контроля режимов работы устройства, определения направления перемещения и положения контролируемых изделий, а также для визуального тестирования исправного состояния или отказов устройства. Кроме того, с помощью блоков 16, 17 производится визуальный контроль за подачей на внешние нагрузки (на фиг.1 не показаны) сигналов управления с прямых выходов соответственно триггера 14 и триггера 15.

Каждый блок 16, 17 выполнен, например, на основе (см. фиг.1) последовательно соединенных резистора, подключенного первым выводом к прямому выходу триггера 14 или к прямому выходу триггера 15, и светодиода, катод которого подключен к общей ”земле” схемы устройства.

При работе устройства в режиме контроля направления перемещения изделий 20 происходит засвечивание светодиода блока 16, когда изделие 20 перемещается в пределах ближней зоны чувствительности устройства радиально, например, в направлении по стрелке 26 в прямом направлении, или светодиода блока 17, когда перемещение его происходит в пределах этой зоны радиально в направлении по стрелке 27 в обратном направлении В случае отказа устройства при работе его в этом режиме оба светодиода в одном или обоих указанных направлениях перемещения изделия 20 остаются в погашенном состоянии.

При работе устройства, трансформированного с помощью его клемм 18, 19 в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий, при радиальном перемещении их в направлении по стрелке 26 (27) в пределах ближней зоны чувствительности устройства или при осевом перемещении их в направлении по стрелке 28 последовательно в дальнюю и ближнюю зоны чувствительности устройства и обратно в их исходное положение происходит засвечивание обоих светодиодов блоков 16, 17, так как выходные клеммы 18, 19 включены по схеме монтажное ИЛИ. В случае отказа устройства при работе его в этом режиме оба светодиода блоков 16, 17 не засвечиваются в одном или двух, или во всех трех указанных направлениях перемещения изделия 20.

При работе устройства, трансформированного в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий путем встраивания его заподлицо в металлические объекты, при радиальном перемещении их по стрелке 26 (27) в пределах обеих зон чувствительности устройства и при осевом перемещении их в по стрелке 28 в дальнюю зону чувствительности устройства и обратно в исходное положение происходит засвечивание обоих светодиодов блоков 16, 17.

Каждый детектор 4, 7 выполнен, 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).

Блок 11 выполнен, например, по схеме (см. фиг.2), содержащей первый инвертор 31, вход которого является входом блока 11 второй инвертор 32 вход которого соединен через конденсатор 33 с выходом первого инвертора 31, а его выход является выходом блока 11, резистор 34, диод 35 вывод катода которого и первый вывод резистора 34 подключены к входу инвертора 32, а вывод анода диода 35 и второй вывод резистора 34 соединены с общей ”землей” блока 11 Блок 11 предназначен для установки триггеров 14, 15 и, следовательно, устройства в исходное состояние в момент подачи на него напряжения питания и в моменты появления заднего фронта импульса выходного напряжения U4 формирователя 10.

Устройство работает следующим образом.

В момент подачи на устройство напряжения питания при нахождении изделия 20 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.3) на выходе инвертора 31 блока 11 устанавливается напряжение с уровнем логической ”1”. В результате происходит заряд конденсатора 33 через резистор 34 и формирование на резисторе 34 и входе инвертора 32 короткого импульса напряжения с уровнем логической ”1”. После чего на выходе инвертора 32 формируется короткий импульс напряжения U1 с уровнем логического ”0” (см. фиг.4, фиг.5). Этот импульс устанавливает триггеры 14, 15 в исходное состояние, при котором на их прямых выходах, на входах блоков 16 и 17, на клеммах 18 и 19 устанавливаются соответственно напряжения U9 и U10 с уровнями логического ”0”, а на их инверсных выходах и D-входах устанавливаются напряжения с уровнями логической ”1”. Светодиоды блоков 16 и 17 переходят в погашенное состояние. Вместе с тем генераторы 3, 6 переходят в заторможенное состояние, при котором на их выходах, входах и выходах детекторов 4 и 7, на входах элементов 5, 8 устанавливаются напряжения с уровнями логического ”0”. В результате элементы 5 и 8 устанавливаются в такие состояния, при которых на их выходах устанавливаются соответственно напряжения U2 и U3 с уровнями логического ”0”, которые подаются на первые входы элементов 12 и 13 соответственно. Вместе с тем в момент подачи напряжения питания на устройство чувствительный элемент 9 переходит в затемненное состояние, так как его оптическое окно не засвечивает изделие 20 своим инфракрасным излучением 36. В результате формирователь 10 устанавливается в такое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логического ”0”, которое подается на вторые входы элементов 12, 13 и вход формирователя 11. Так как на обоих входах элементов 12, 13 установлены напряжения с уровнями логического ”0”, то на их выходах устанавливаются соответственно напряжения U5 и U8 с уровнями логического ”0”, которые подаются на С-входы триггеров 14 и 15 соответственно. После окончания заряда конденсатора блока 11 на его выходе и R-входах триггеров 14, 15 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической ”1”.

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором изделие 20 находится за пределами зоны чувствительной поверхности устройства, на клеммах 18 и 19 устанавливаются соответственно напряжения U9 и U10 с уровнями логического ”0”, светодиоды блоков 16 и 17 находятся в погашенном состоянии, и устройство готово к первому циклу контроля нагретых металлических и неметаллических изделий.

Далее рассмотрим работу устройства в режиме контроля направления перемещения и в режиме контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий.

1. Работа устройства в режиме контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий.

Предварительно для определенности условно примем, что направление перемещения изделия 20 по стрелке 26 будем считать прямым направлением, а перемещение его по стрелке 27 - обратным направлением.

При радиальном перемещении в пределах ближней зоны чувствительности устройства изделия 20 в направлении, например, по стрелке 26 (27) оно входит в зону чувствительности элемента 1 (2) и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного конденсатора достигает такого предела, при котором происходит возбуждение генератора 3 (6) и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов генератора 3 (6) преобразуются детектором 4 (7) в постоянное напряжение с уровнем логической ”1”, которое превышает входное пороговое значения напряжения триггера элемента 5 (8). При этом последний переключается в другое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 (U3) с уровнем логической ”1”, которое подается на первый вход элемента 12 (13). Но уровень логической ”1” выходного напряжения U2 (U3) элемента 5 (8) на выход элемента 12 (13) не проходит, и на его выходе продолжает присутствовать напряжение U5 (U6) с уровнем логического ”0”, так как на его втором входе установлено выходное напряжение U4 формирователя 10 с уровнем логического ”0”, запрещающее его прохождение.

Затем изделие 20, оставаясь в зоне чувствительности элемента 1 (2), входит в зону 21 чувствительности элемента 9 и засвечивает своим инфракрасным излучением 36 его оптическое окно. В результате формирователь 10 переключается в другое состояние и на его выходе устанавливается напряжение 114 с уровнем логической ”1” которое подается на вторые входы элементов 12, 13 и вход блока 11. При этом по положительному перепаду выходного напряжения формирователя 10 на выходе блока 11 не происходит формирования импульса напряжения U1 с уровнем логического ”0”, и на его выходе продолжает присутствовать напряжение U1 с уровнем логической ”1”, соответствующее исходному состоянию устройства. Но по положительному перепаду выходного напряжения U4 формирователя 10 элемент 12 (13) переключается в другое состояние, и на его выходе и на С-входе триггера 14 (15) устанавливается напряжение U5 (U6) с уровнем логической ”1”, так как на обоих входах элемента 12 (13) установлены выходные напряжения U2 (U3) и U4 соответственно элемента 5 (8) и формирователя 10 с уровнями логической ”1”, разрешающие его переключение. По положительному перепаду выходного напряжения элемента 12 (13) происходит переключение триггера 14 (15) в другое состояние, при котором на его прямом выходе, входе блока 16 (17) и клемме 18 (19) устанавливается напряжение U9 (10) с уровнем логической ”1”, а на его инверсном выходе и D-входе триггера 15 (16) - напряжение U7 (U8) с уровнем логического ”0”. Светодиод блока 16 (17) переходит в засвеченное состояние.

Потом изделие 20, оставаясь в зонах чувствительности элементов 1 (2) и 9, входит в зону чувствительности элемента 2 (1) и образует с ним электрический конденсатор. После чего генератор 8 (3) переходит в режим генерации электрических колебаний, В результате элемент 8 (5) переключается в другое состояние, при котором на его выходе и первом входе элемента 13 (12) устанавливается напряжение U3 (U2) с уровнем логической ”1”. Последний переключается в другое состояние, при котором на его выходе и на С-входе триггера 15 (14) устанавливается напряжение U6 (U5) с уровнем логической ”1”, так как на обоих входах элемента 13 (12) установлены выходные напряжения U3 (U2) и U4 соответственно элемента 8 (5) и формирователя 10 с уровнями логической ”1”, разрешающие его переключение. Но по положительному перепаду выходного напряжения U6 (U5) элемента 13 (12) переключения триггера 15 14) в другое состояние не происходит, и на его выходе, входе блока 17 (16) и клемме 19 (18) продолжает присутствовать напряжение U10 (U9) с уровнем логического ”0”, так как на D-входе триггера 15 (14) с инверсного выхода триггера 14 (15) установлено напряжение U7 (U8) с уровнем логического ”0”, запрещающее его переключение. При этом светодиод блока 17 (16) продолжает находиться в погашенном состоянии.

Далее изделие 20, оставаясь в зонах чувствительности элементов 2 (1) и 9, выходит из зоны чувствительности элемента 1 (2). После чего генератор 3 (6) переходит в режим срыва электрических колебаний, а элемент 5 (8) переключается в другое состояние, соответствующее исходному состоянию устройства, при котором на его выходе и первом входе элемента 12 (13) устанавливается напряжение U2 (U3) с уровнем логического ”0”. В результате элемент 12 (13) переключается также в исходное состояние, при котором на его выходе и С-входе триггера 14 (15) устанавливается напряжение U5 (U6) с уровнем логического ”0”. При этом по отрицательному перепаду выходного напряжения U5 (U6) элемента 12 (13) переключения триггера 14 (15) в другое состояние не происходит, и на его выходе, входе блока 18 (17) и клемме 18 (19) продолжает присутствовать напряжение U9 (U10) с уровнем логической ”1”, так как переключение триггера 14 (15) происходит только по положительному перепаду выходного напряжения U5 (U6) элемента 12 (13). Поэтому светодиод блока 16 (17) продолжает находиться в засвеченном состоянии.

Затем изделие 20, оставаясь в зоне чувствительности элемента 2 (1), выходит из зоны 21 чувствительности элемента 9. После чего оптическое окно элемента 9 затемняется, и формирователь 10 переключается в другое состояние, соответствующее исходному состоянию устройства. В результате на выходе формирователя 10, вторых входах элементов 12, 13 и входе блока 11 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического ”0”. При этом по отрицательному перепаду этого напряжения элемент 12 (13) переключается в другое состояние, при котором на его выходе и С-входе триггера 15 (14) устанавливается напряжение U6 (U5) с уровнем логического ”0”, соответствующее исходному состоянию устройства. Вместе с тем по отрицательному перепаду выходного напряжения U4 формирователя 10 на выходе блока 11 и R-входах триггеров 14, 15 происходит формирование импульса напряжения U1 с уровнем логического ”0” (см. фиг.4), которое устанавливает триггер 14 (15) в исходное состояние, при котором на его выходе, входе блока 16 (17) и клемме 18 (19) устанавливается напряжение U9 (U10) с уровнем логического ”0”, а на его инверсном выходе и D-входе триггера 10 (9) - напряжение U7 (U8) с уровнем логической ”1”. При этом светодиод блока 16 (17) переходит в погашенное состояние. На этом формирование импульса напряжения U9 (U10) с уровнем логической ”1”, несущего информацию о контроле перемещения изделия 20 в прямом (обратном) направлении, на прямом выходе триггера 14 (15) и клемме 18 (19)заканчивается.

И, наконец, на последнем отрезке своего перемещения в выбранном направлении изделие 20 выходит из зоны чувствительности элемента 2 (1), т.е. за пределы чувствительной поверхности устройства, генератор 6 (3) переходит в режим срыва генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние. В результате элемент 8 (5) переключается также в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3 (U2) с уровнем логического ”0”, которое подается на первый вход элемента 13 (12). После чего переключения элемента 13 (12) не происходит, и на его выходе и С-входе триггера 15 (14) продолжает присутствовать напряжение U6 (U5) с уровнем логического ”0”. После чего устройство устанавливается в исходное состояние, которое описано выше после подачи на него напряжения питания. При повторном прохождении изделия 20 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4, цикл контроля направления перемещения изделия 20 повторяется.

Следовательно, при радиальном перемещении в прямом направлении нагретого металлического или нагретого неметаллического изделия 20 в пределах ближней зоны чувствительности устройства на клемме 18 устройства отрабатывается потенциальный сигнал напряжения U9 с уровнем логической ”1”, несущий информацию о перемещении изделия 20 в прямом направлении, а на его клемме 19 при этом присутствует напряжение U10 с уровнем логического ”0”. Работа устройства при этом описывается диаграммами U1-U10, приведенными на фиг.4. При радиальном перемещении в пределах ближней зоны чувствительности устройства нагретого металлического или нагретого неметаллического изделия 20 в обратном направлении на клемме 19 устройства отрабатывается потенциальный сигнал напряжения U10 с уровнем логической ”1”, несущий информацию о перемещении изделия 20 в обратном направлении, а на его клемме 18 при этом присутствует напряжение U9 с уровнем логического ”0”. Работа устройства при этом описывается диаграммами U1, (U2), (U3), U4, (U5) - U10), приведенными на фиг.4.

2. Работа устройства в режиме контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий.

2.1. Работа устройства при трансформировании его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с помощью его выходных клемм.

В этом режиме выходные клеммы 18, 19 замкнуты между собой. Исходное состояние образованного таким образом датчика аналогично исходному состоянию устройства, описанному выше после подачи напряжения питания на устройство.

Устройство обеспечивает в этом случае режим контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий при радиальном перемещении их по стрелке 26 (27) в пределах ближней зоны его чувствительности и при осевом перемещении их по стрелке 28 последовательно в пределы дальней и ближней зон его чувствительности и обратно в их исходное положение.

При радиальном перемещении изделия 20 в направлении по стрелке 26 (27) (см. фиг.3) в пределах ближней зоны чувствительности устройства работа его описывается диаграммой U9 (U10), приведенной на фиг.4. При этом на выходе образованного таким образом датчика отрабатывается информационный сигнал напряжения с уровнем логической ”1” и происходит засвечивание светодиодов блоков 16, 17 на время, равное времени нахождения изделия 20 в зоне чувствительности элемента 9 (см. фиг.3, фиг.4).

При осевом перемещении контролируемого изделия 20 в направлении по стрелке 28 (см. фиг.3) последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение работа его описывается диаграммой U9, приведенной на фиг.4, если электрические параметры серийного образца устройства настроены таким образом, что дальность действия поля 22 элемента 1 превышает дальность действия поля 23 элемента 2, или диаграммой (U10), приведенной на фиг.4, если при этом дальность действия поля 23 элемента 2 превышает дальность действия поля 22 элемента 1. При этом на выходе образованного таким образом датчика отрабатывается информационный сигнал напряжения с уровнем логической ”1” и происходит засвечивание светодиодов блоков 16, 17 на время (см. фиг.3), равное времени нахождения контролируемого изделия 20 в зоне чувствительности элемента 1 (2).

2.2. Работа устройства при трансформировании его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с помощью контролируемых изделий.

Исходное состояние устройства идентично его исходному состоянию, описанному выше после подачи на него напряжения питания. Выходные клеммы 18, 19 устройства не замкнуты между собой.

В этом случае устройство обеспечивает режим контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий 20 при осевом их перемещении по стрелке 28 (см. фиг.3) последовательно в пределы дальней и ближней зон его чувствительности и обратно в их исходное положение с использованием только одного выхода устройства, на котором отрабатывается информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических и неметаллических изделий.

Если электрические параметры серийного образца устройства настроены таким образом, что дальность действия поля 22 элемента 1 превышает дальность действия поля 23 элемента 2, то при этом работа датчика описывается диаграммой U9, приведенной на фиг.4. В этом случае на клемме 13 отрабатывается информационный сигнал напряжения U9 с уровнем логической ”1”, и происходит засвечивание светодиода блока 16 на время, равное времени нахождения изделия 20 в зоне чувствительности элемента 1. Причем на выходной клемме 19 информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических и неметаллических изделий 20 не отрабатывается, и она в этом режиме работы устройства не задействуется.

Если электрические параметры серийного образца устройства настроены таким образом, что дальность действия поля 23 элемента 2 превышает дальность действия поля 22 элемента 1, то при этом работа датчика описывается диаграммой (U10), приведенной на фиг.4. При этом на клемме 19 отрабатывается информационный сигнал напряжения U10 с уровнем логической ”1”, и происходит засвечивание светодиода блока 17 на время, равное времени нахождения контролируемого изделия 20 в зоне чувствительности элемента 2. Причем на клемме 18 информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических и неметаллических изделий 20 не отрабатывается, и она в этом режиме работы устройства не задействуется.

2.3. Работа устройства при трансформировании его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий путем встраивания его заподлицо в металлические объекты.

В момент подачи напряжения питания на устройство, встроенное в металлический объект, элементы 5 и 8 переключаются в такие состояния, при которых на их выходах устанавливаются соответственно напряжения U2 и U3 с уровнями логической ”1”, которые подаются на первые входы элементов 12 и 13 соответственно (см. фиг.5) Под действием этих напряжений элементы 12, 13 трансформируются в повторители. В остальных точках схемы устройства при этом устанавливаются напряжения, соответствующие его исходному состоянию, описанному выше при работе устройства в режиме контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий 20 после подачи на него напряжения питания (см. фиг.4, фиг.5),

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором изделие 20 находится за пределами зоны чувствительной поверхности устройства, на клеммах 18 и 19 устанавливаются соответственно напряжения U9 и U10 с уровнями логического ”0”, светодиоды блоков 16 и 17 находятся в погашенном состоянии, и устройство готово к первому циклу контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий. При этом устройство встроено заподлицо со стороны его чувствительного элемента в металлический объект и трансформировано им в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами.

При радиальном перемещении изделий 20 по стрелкам 26 или 27 в пределах зоны 21 элемента 9, т.е в пределах обеих зон чувствительности устройства, или при осевом направлении по стрелке 28 в пределы зоны 21 элемента 9, т.е. в пределы дальней зоны чувствительности устройства, и обратно в их исходное положение на выходе формирователя 10 отрабатывается импульс напряжения U4 с уровнем логической ”1” (см. фиг.5), который подается на вторые входы элементов 12, 13 и вход блока 11. По переднему фронту импульса этого напряжения на выходе блока 11 формирования импульса напряжения U1 с уровнем логического ”0” не происходит, и на его выходе и R-входах триггеров 14, 15 продолжает присутствовать напряжение U1 с уровнем логической ”1”, так как импульс напряжения U1 с уровнем логического ”0” на выходе блока 11 формируется только по заднему фронту импульса напряжения U4 формирователя 10 (см. фиг.5). Вместе с тем под действием импульса выходного напряжения U4 формирователя 10 с уровнем логической ”1” на выходах элементов 12, 13 происходит одновременно формирование импульсов соответственно напряжений U5 и U6 с уровнями логической ”1”, которые подаются на С-входы триггеров 14 и 15 соответственно, так как элементы 12, 13 трансформированы в повторители. В результате по передним фронтам выходных импульсов напряжений U5 и U6 элементов 12 и 13 с уровнями логической ”1” соответственно триггеры 14, 15 одновременно переключаются в другие состояния, при которых на их прямых выходах, входах блоков 16, 17 и клеммах 16, 19 одновременно устанавливаются соответственно напряжения U9 и U10 с уровнями логической ”1” (см. фиг.5). При этом на инверсных выходах триггеров 14, 15 устанавливаются соответственно напряжения U7 и U8 с уровнями логического ”0”, которые подаются на D-входы триггеров 15 и 14 соответственно. После чего светодиоды блоков 16, 17 засвечиваются. Затем по заднему фронту импульса напряжения U4 формирователя 10 на выходе блока 11 происходит формирование импульса напряжения U1 с уровнем логического ”0”, который устанавливает триггеры 14, 15 в исходное состояние, при котором на их прямых выходах, входах блоков 16. 17 и клеммах 18, 19 устанавливаются соответственно напряжения U9 и U10 с уровнями логического ”0”. При этом на инверсных выходах триггеров 14 и 15 одновременно устанавливаются соответственно напряжения U7 и U8 с уровнями логической ”1”, которые подаются на D-входы триггеров 15 и 14 соответственно. После чего светодиоды блоков 16, 17 переходят в погашенное состояние. На этом формирование импульсов напряжений U9 и U10 на клеммах 18, 19, несущих информацию о контроле положения нагретых металлических и неметаллических изделий, заканчивается. В момент выхода изделия 20 из зоны чувствительности устройства оно устанавливается в исходное состояние и готово к очередному циклу контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий. При повторном радиальном или осевом перемещении контролируемого изделия 20 относительно зоны 21 чувствительности элемента 9 описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.5, цикл контроля положения изделия 20 повторяется.

Таким образом, при встраивании устройства в металлические объекты оно трансформируется в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами. При этом на одном выходе устройства отрабатывается потенциальный сигнал напряжения с уровнем логической ”1”, несущий информацию о контроле положения нагретых металлических или неметаллических изделий, с одновременным дублированием (размножением) сигнала напряжения этого выхода на другом его выходе при радиальном перемещении контролируемых изделий в пределах обеих зон чувствительности устройства и осевом перемещении их в пределы дальней зоны его чувствительности и обратно в исходное положение.

Следовательно, из описания схемы и работы устройства следует, что:

- при радиальном перемещении нагретого металлического или нагретого неметаллического изделия 20 в пределах ближней зоны чувствительности устройства потенциальный информационный сигнал напряжения U9 на его клемме 18 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого изделия 20 в одном (прямом) направлении, а потенциальный информационный сигнал напряжения U10 на клемме 19 - прохождению контролируемого изделия 20 в другом (обратном) направлении, чем и обеспечивается идентификация (распознавание) направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий;

- при соединении между собой клемм 18, 19 происходит трансформирование устройства в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий 20 с одним выходом. При этом соединенные между собой клеммы 18, 19 образуют выход датчика. При радиальном или осевом перемещениях относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического или нагретого неметаллического изделия 20 на его выходе отрабатывается потенциальный сигнал напряжения с уровнем логической ”1”, несущий информацию о контроле положения нагретого металлического или нагретого неметаллического изделия;

- при разомкнутых между собой клеммах 18, 19 устройства происходит с помощью контролируемых им изделий 20 трансформирование его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с использованием только одного соответствующего выхода устройства, на котором отрабатывется потенциальный сигнал напряжения с уровнем логической ”1”, несущий информацию о контроле положения нагретых металлических или нагретых неметаллических изделий путем перемещения их в осевом направлении последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение:

- при встраивании устройства заподлицо в металлические объекты происходит трансформирование его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами, при котором на одном его выходе отрабатывается потенциальный сигнал напряжения о контроле их положения с одновременным дублированием (размножением) сигнала этого выхода на другом его выходе при радиальном перемещении контролируемых изделий в пределах обеих зон чувствительности устройства и осевом перемещении их в пределы дальней зоны его чувствительности и обратно в исходное положение;

Таким образом, из описанного выше следует, что устройство обеспечивает:

1) контроль направления перемещения и положения не только нагретых металлических изделий, но и нагретых неметаллических изделий, что расширяет его функциональные возможности;

2) трансформирование его функциональных возможностей с помощью трех способов, обеспечивающих расширение его функциональных возможностей:

- с помощью контролируемых изделий, когда при перемещении контролируемых изделий в радиальном направлении в пределах ближней зоны чувствительности устройства оно трансформируется ими в устройство контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами, а при осевом перемещении контролируемых изделий последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение оно трансформируется ими в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с использованием только одного выхода устройства, на котором отрабатывается информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических или нагретых неметаллических изделий;

- с помощью выходных клемм устройства, когда при соединении между собой выходных клемм устройства по схеме монтажное ИЛИ оно трансформируется этими клеммами в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с одним выходом, которым является точка соединения между собой выходных клемм устройства, и обеспечивает контроль положения нагретых металлических и неметаллических изделий как при радиальном перемещении их в пределах ближней зоны чувствительности устройства, так и при осевом перемещении их последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение;

- путем встраивания устройства заподлицо в металлические объекты, при котором оно трансформируется в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами, при котором на одном его выходе отрабатывается потенциальный сигнал напряжения о контроле их положения с одновременным дублированием (размножением) сигнала этого выхода на другом его выходе при радиальном перемещении контролируемых изделий в пределах обеих зон чувствительности устройства и осевом перемещении их в пределы дальней зоны его чувствительности и обратно в исходное положение.

Изобретение относится к области автоматизации производственных технологических процессов. Устройство включает чувствительный элемент, образованный оптическим чувствительным элементом и двумя емкостными чувствительными элементами, установленными в одной плоскости, и имеет две зоны чувствительности - ближнюю и дальнюю. При перемещении изделия в пределах ближней зоны происходит его взаимодействие последовательно с первым (вторым) емкостным чувствительным элементом, с оптическим чувствительным элементом и вторым (первым) емкостным чувствительным элементом. При этом на первом (втором) выходе устройства отрабатывается сигнал, несущий информацию о направлении перемещения изделия. При соединении между собой первого и второго выходов устройство трансформируется в датчик контроля положения изделий с одним выходом. Устройство трансформируется также в такой датчик с помощью контролируемых изделий путем осевого перемещения их последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности. При встраивании устройства заподлицо в металлические объекты оно трансформируется в датчик контроля положения изделий с двумя выходами. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет контроля направления перемещения и положения нагретых металлических и неметаллических изделий без механического контакта с ними. 5 ил.

Устройство контроля направления перемещения и положения нагретых металлических и неметаллических изделий, содержащее первый и второй чувствительные элементы, последовательно включенные первые генератор электрических колебаний, детектор и пороговый элемент, последовательно включенные вторые генератор электрических колебаний, детектор и пороговый элемент, а также блок установки в исходное состояние, первый и второй логические элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, первый и второй триггеры, R-входы которых соединены с выходом блока установки в исходное состояние, инверсные выходы - с D-входами соответственно второго и первого триггеров, отличающееся тем, что в него введены первый и второй блоки индикации, входы которых подключены к прямым выходам соответственно первого и второго триггеров, С-входы которых соединены с выходами соответствующих логических элементов И, формирователь импульсов, выход которого подключен к входу блока установки в исходное состояние и вторым входам первого и второго логических элементов И, оптический чувствительный элемент, выполненный в виде инфракрасного фотоприемника, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, при этом к входам первого и второго генераторов электрических колебаний, каждый из которых выполнен в виде мультивибратора, подключены соответственно первый и второй чувствительные элементы, каждый из которых выполнен емкостным в виде токопроводящей пластины любой геометрической формы, а первый, второй чувствительные элементы и оптический чувствительный элемент установлены в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, причем первый и второй чувствительные элементы установлены вдоль прямой линии с зазором между их торцевыми поверхностями, обеспечивающим устранение взаимодействия электрического поля рассеяния одного чувствительного элемента с другим чувствительным элементом, оптический чувствительный элемент установлен со стороны направленных в одну сторону первых плоских поверхностей первого и второго чувствительных элементов напротив зазора между торцевыми поверхностями первого и второго чувствительных элементов и ориентирован так, что его оптическое окно направлено в сторону первых плоских поверхностей первого и второго чувствительных элементов, а геометрическая ось симметрии его оптического окна в месте этого зазора равноудалена от торцевых поверхностей первого и второго чувствительных элементов, вторые плоские поверхности которых и поверхность оптического окна оптического чувствительного элемента, направленные в одну сторону, образуют чувствительную поверхность устройства, наряду с этим дальность действия зоны чувствительности оптического чувствительного элемента вдоль оси симметрии его оптического окна превышает дальность действия зон чувствительностей первого и второго чувствительных элементов вдоль осей симметрии вторых их плоских поверхностей, что обеспечивает наличие в устройстве двух зон его чувствительности: ближней зоны чувствительности, в пределах которой действуют зоны чувствительности первого и второго чувствительных элементов и зона чувствительности оптического чувствительного элемента, и дальней зоны чувствительности, в пределах которой действует зона чувствительности только одного оптического чувствительного элемента, при этом в ближней зоне чувствительности устройства обеспечивается трансформирование его с помощью контролируемых изделий в устройство контроля направления перемещения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами путем радиального перемещения их в пределах ближней зоны чувствительности устройства, в дальней и ближней зонах чувствительности устройства обеспечивается трансформирование его с помощью контролируемых изделий в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с использованием только одного соответствующего выхода устройства, на котором отрабатывается информационный сигнал контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий, путем осевого перемещения их последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение, вместе с тем прямые выходы первого и второго триггеров, являющиеся соответственно первым и вторым выходами устройства, выполнены в виде открытых выходов Н-типа, обеспечивающих трансформирование устройства при радиальном перемещении нагретых металлических и неметаллических изделий в пределах ближней зоны чувствительности устройства и при осевом перемещении их последовательно в пределы этих зон и обратно в исходное положение в датчик контроля положения этих изделий с одним выходом путем соединения между собой первого и второго выходов устройства, точка соединения между собой которых является выходом образованного таким образом датчика, наряду с этим путем встраивания устройства в металлические объекты обеспечивается трансформирование его в датчик контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий с двумя выходами, при котором на одном выходе устройства отрабатывается потенциальный сигнал напряжения о контроле их положения с одновременным дублированием (размножением) сигнала этого выхода на другом его выходе при радиальном перемещении контролируемых изделий в пределах обеих зон чувствительности устройства и осевом перемещении их в пределы дальней зоны его чувствительности и обратно в исходное положение.