Автогенераторное устройство для контроля сред по их электромагнитным свойствам Советский патент 1977 года по МПК G01N27/00 

1

Изобретение относится к области измерений свойств сред с помощью высокочастотных резонансных методов и может быть использовано для идентификации, например, горных пород по величине их диэлектрической или магнитной проницаемости, а также для дефектоскопии различных материалов путем измерения анизотропии их диэлектрической или магнитной проницаемости.

Известно устройство, которое включает в себя два аналогичных автогенератора, включенных навстречу один к другому в соседние плечи мостовой схемы, и измерительный прибор присоединен к средним точкам двух резисторов, установленных в анодных цепях генераторов 1.

Однако такое устройство отличается малой чувствительностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее два автогенератора, настроенных на одну частоту и соединенных по мостовой схеме, и датчик с исследуемым материалом 2.

Недостатком данного устройства является то, что, во-первых, выходной сигнал определяется величиной постоянной слагающей анодного тока, протекающей через резистор нагрузки, а, как известно, постоянная слагающа5} анодного тока намного меньше зависит

от эквивалентного сопротивления нагружаемого контура измерительного автогенератора, ем амплитуда напряжения на этом контуре, и, во-вторых, постоянная слагающая анодного тока генератора црактически не зависит от расстройки контура генератора в рабочем диапазоне частот, что не позволяет использовать данную схему для контроля сред по величине диэлектрической или магнитной проницаемости, которые в основном воздействуют на реактивные параметры контура.

Для повышения чувствительности в нредлагаемом устройстве датчик выполнен из двух однотипных несвязанных между собой нагрузочных колебательных контуров, включенных в коллекторные цени автогенераторов, а в цепи обратной связи автогенераторов между коллектором и эмиттером включены высокодобротные часютозадающие контуры и к нагрузочным контурам подключен дифференциальный вольтметр переменного тока.

На чертеже нрнведена схема предлагаемого устройства.

Электрическая схема автогенераторного устройства для контроля сред но их электромагнитным свойствам состоит из двух высокочастотных автогенераторов на транзисторах 1 и 2, включенных навстречу один к другому в соседние плечи мостовой схемы, питаемой через клем.мы 3 и 4 постоянным током.

Два других плеча мостовой схемы образованы нагрузочными колебательными контурами, состоящими из конденсаторов 5 и 6 и катушек индуктивности 7 и 8. В цеиях обратной связи автогенераторов установлены высокодобротные колебательные контуры, состоящие из конденсаторов 9 и 10 и катушек 11 и 12, ири иомощи которых генераторы настроены на одну частоту. Снимаемые с нагрузочных контуров напряжения подаются на входы дифференциального вольтметра 13.

Устройство работает следующим образом.

При идентификации сред, например но величине магнитной проницаемости, в нагрузочные контуры в качестве индуктивных элементов 7 и 8 включены катущки датчика. Каждая из катушек намотана на 11-образном магнитопроводе, обе они имеют одинаковые параметры и расположепы таким образом, что торцы полюсов магнитопровода находятся в одной плоскости.

Конденсаторами 5 и б нагрузочные контуры настраиваются в нределах полосы пропускания на разные склоны своих резонансных характеристик. Например, нагрузочный контур о, 7 настраивается на частоту сооь меньшую чем частота ач первого автогенератора, а нагрузочный контур 6, 8 настраивается на частоту соо2, большую, чем частота со2 второго автогенератора, при этом, как указано выше,

C0i ())2.

Если резонансные кривые нагрузочных контуров идентичны и абсолютные величины расстроек контуров относительно генерируемой частоты равны между собой coi-cuoi 0)02-W2, то мост сбалансирован и напряжения на входах дифференциального вольтметра равны между собой (Um -U,,,.,).

При внесении ферромагнитного образца в ближнюю зону датчика индуктивности катущек 7 и 8 увеличиваЕОтся, в результате чего частоты 0)01 и соо2 уменьшаются и резоиансные характеристики нагрузочных контуров смещаются влево относительно частоты coi a)2 генераторов, при этом амплитуда напряжения на контуре 5, 7 уменьшается до величины L/ , а амплитзда напряжения на контуре 6, 8 увеличивается до величины U . Разность U - и ,пропорциональная величине

магнитной проницаемости контролируемой среды, измеряется дифференциальным вольтметром, шкала которого проградунрована в единицах магнитной проницаемости.

Существенное повышение чувствительности автогенераторного моста нолучается за счет иснользования в качестве полезного сигнала амплитуды высокочастотного напряжения на нагрузочном контуре автогенератора (вместо постоянной слагающей анодного тока, как в прототипе). Кроме того, за счет настройкп нагрузочных контуров на разные склоны их

резонансных характеристик чувствительность к реактивным расстройкам, связанным с изменением 8 или i среды, также повышается. При оиределении аннзотроиии, нанример, 5 магнитной проннцаемостп контролируемого материала схема устройства не изменяется, но настройка нагрузочных контуров выполняется идентично, на один и тот же склон резонансной характеристики.

0 Если нагрузочные контуры идентичны и автогенераторы работают на одинаковой частоте, то нри настройке контуров на частоту 0)01 0)02, например, больщую чем частота генерации о)1 о)2, вынолняется условие cooi-

5 -0)1 0)02-0)2, и амнлнтуды напряжений на контурах равны Lm, ,,.

Внесение в ближнюю зону датчика изотронного ферромагнитиого материала имеет положение резонансных характеристик нагрузочных контуров относительно генерируемой частоты (уменьшает шо до величины о)щ и 0)02 ДО О)о2) но за счет того, что контуры идеитичны и настроены на одинаковые склоны, величииы расстроек оказываются ковыми (условие o)oi o)i по-прежнему выполняется, так как по-прел :нему u)), и амплитуды выходных напряжений изменяются но величине, ио остаются

0 равными (;, f,,JЕсли же в контролируемом материале имеется зона локальной аннзотронии, то при прохождении над этой зоной одной из катушек датчика происходит взаимная расстройка нагрузочных контуров, в результате чего их расстройки относительно генерируемой частоты оказываются разными и равенство амплнтуд выходных нанряжений нарушается.

Форм;ула изобретения

Автогенераторное устройство для контроля сред но их электромагнитным свойствам, содержащее два автогенератора, настроенных на одну частоту и соедииенных по мостовой

5 схеме, датчик с исследуемым материалом, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик выполнен нз двух однотиппых элементов - не связанных между собой нагрузочных колебательных

0 контуров, включенных в коллекторные цепи автогенераторов, а в цени обратной связи автогенераторов между коллектором и эмиттером включены высокодобротные частотозадающие контуры и к нагрузочным контурам

5 подключен дифференцнальный вольтметр переменного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство № 119362, кл. G 01N 23/24, 1958.

2.Авторское свидетельство № 182619, кл, В ОЗС 1/24, 1962.