Электромагнитный металлоискатель Советский патент 1979 года по МПК G01V3/10 

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ

I

Изобретение относится к области обнаружения электропроводящих тел в непроводящих и слабопроводяших средах.

Известны электромагнитные устроботва для обнаружения металлических тел, использующие непрерывный режим работы полезадакйдей системы.

Указанное устройство содержит генератор синусоидального напряжения, индукционный преобразователь, параллель но которому включен электрический Компенсатор, усилители, демодулятор, индакатор.

Недостатком известньгх устройств является низкая чувствительность, обусловленная нестабильностью и низким уровнем компенсации трансформаторной ЭДС, неводимой в измерительных обмотках индукционного преобразователя, а также необходимость ручной регулировки амплитуды и фазы компенсирующего напряжения. Нестабильность уровня компенсации определяется изменением геоч метрии индукционного преобразователя

вследствие климатических воздействий или вибраций и влиянием йнешних мед лённоменяющиХся электромагнитных нолей ИЦель предлагаемого изобретения - увеличение чувствительности електрбмагнятных металлоискателей путем автоматической компенсации помех в ик дукцйонном преобразователе..

Для этого в металлоискатель допоя нительно введены Четыре ключа, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, узел унравлеяия, содержащий последовательно соединенные первый формирователь импульсов, триггер и второй формирователь импульсов, а также блок корректирующего напряжения, причем первый ключг включен между генератором и индукционным преобразовавтелем, второй - между выходом усилителя н входом в:торого усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, третий-между выходом узла управления и входом блока корректирующего напражёния, четвертый - менаду выходом блока корректйрукицёго напряжейия и упраьпяющим входом второго уси лвтеАя с регулируемым коэффициентом усняенйя, выход которого соедннев с демодулятором, вход нервого формиро вателя ньшульсов ссгедйнеа с выходом генератора, а второй выход триггера сое дйвеа с управляющими входами лервого второго и четвертого ключей, а .управлякяцвй вход третьего ключа - с Кггхо. дом усилителя, От шчит0яьны и признаком метаялойо кателй является также то, что блок хорректирухзщего напряжения состоит из поспедоватепьпо соединенных ньшряк ителя, первого эапоминаяйаего устройства, схемы сравнения, функционального преоб разователя и второго sanoMHftaicliiero уст ройства, причем второй вход схемы срав нения соединеа с выходом выпрямителя. На фиг, 1 представлена фуйкдаональ ная схема врёдлагаемого металлоискате ля; на фиг. 2 - эпюры напряжений в характерных точках. Предлагаемый электромагнитный ме- талловскатвль содержит генератор 1, КЛ1ОЧИ 2/, 3, 4, 5 и индукционный пр&образователь 6, электрический компенсатор 7, усилитель S, усилитель 9с регулируемым коэффициентом усиления, демодуляторов, индикатор 11, узел уп равлення, включающий формирователь 12 импульсов, триггер 13 и формирователь 14 строб-иМпульсов с регуларуемой задержкой,блок 15 корректирующее го напряжения, который включает й шрямитель 16, первое запоминающее устройство 17, схему 18 сравнення, функциональный преобразователь 19, второе запоминающее устройство 20. Предлагаемый металлоискатель рабо тает следующим образом. Генератор 1 с помощью ключа 2 и полезадающей обмотки индукционного преобразователя 6 создает в пространстве периодически квантованное электромагнитное поле. Формирователь 12 импульсов, триггер 13, формирователь 14 сгроб-ймпульсов совместно с ключами 2, 3, 4 и 5 реализуют два последовательных режима работы; режим иэмерения и режим формйрЬ вания корректи рующего напряжения компенсации. Генератор 1 синусоидальных сигналов выраёатываег сигналы, вид которых показан на эпюре А (фиг. 2). На эпюре Б показаны режим формирования корректи аийй; йЁрующего напряжения ( и режим измерения ( Напряжетае на то ковой обмотке индукционного преобрааэвателя 6 приведено там же. На эпюре В показаны импульсы с выхода формирователя 14 строб-нмпульсов с регулируемой задержкой, а на эпюре Г сигналы с выхода широкополосного усилятеля 8 при наличии в зоне поиска индукционного преобразователя металлического объекта. Как показано на эпюре Г суммарный переходный процесс в режиме формирования кор}зектирующего напряжений состоит из поверхностного процесса в мёталхшческом объекте и переходного процесса в индукционном преобразователе. На эпюре Г выделены огибающая переходного процесса в металле с длительностью tj и огибаюшая переходного процесса в вндукционном .преобразователе с длительностью ИП . Для значительного класса локальных металлических объектов, размеры которых не превышают размеров индуктоЕиовйого преобразователя, выполняется условие кп и , что позволяет с помощью времетгаого стробированяя выделить напряжение переходного процесса только HHnyKiiHOTradro преобразователя, которой несет инфо15 1ацию о стабильности и уровне компенсаци р трансформаторной ЭДС и помехах, наводимых в индукционном преобразователе вцеигйими электромагнитными полями. В режимеизмерения ключи 2, 3 и 4открыты,- ключ 5 закрыт и напряжение с генератора 1 через ключ 2 поступает па полезадающую обмотку индукционного преобразователя 6. Измеряемое напряжение с индукционного преобразователя 6 через широкополосный усилитель 8, ключ 3, усилитель 9 с регулируемым коэффициентом усиления,демодулятор 10 поступает на индикатор 11. В режиме компенсации ключи 2, 3 и 4 закрыты, ключ 5открыт и напряжение, обусловленное переходным процессом в. т1дукционном преобразователе 6 через усилитель 8, ключ 5, выпрямитель 16, через первое запоминаюшее устройство 17 и непосредственно подается на два входа схемы 18 сравнения. С выхода схемы 18 сравнения напряжение поступает на функциональный преобразователь 19, который служит для преобразовайия изменения выходного напрянсения индукционного пре образовагеля 6 в переходном режиме в изменение выходного сигнал(а индукционного преобразователя 6 в режиме измерения, и датем на вход второго запоминающего устройства 20. В режиме изме рения напряжение с выхода запоминаюшего устройства 20, через ключ 4 поступает на управляющий вход устройства 9, где происходит коррекция измеряемого сигнала. Ключ 5 открывается стробкмпульсом с некоторой задержкой относительно начала переходного процесса в индукционном преобразователе 6. Задержка строб-импульса, отпирающего канал выработки корректирующего напр жения относительно начала переходного процесса в индукционном преобразователе, выбирается из условияt 4 t«,rtx На эпюрах Д и Е показаны выпрямленное напряжение. переходного процесса в индукционном преобразователе (выход выпрямителя 15/ и управляющее напряжение с выхода второго запоминающего устройства 2О. На эпюре И приведена эпюра напряжения с выхода усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. На управляющий вход этого усилителя в режиме измерения подается напряжение, несущее информацию о раскомпенсации. и помехах в измерительной обмотке индукционного преобразователя. Упр:эвляющее напряжение (эпюра Е ) уменьшает коэффициент усиления усилителя с регулируемым коэффициентом уси ления, чТо в свою очередь, уменьшает длительность переходного процесса jjи амплитуду управляющего напряжения.. Начало переходного процесса совпа- дает с моментом коммутации ключей 2, 3 и 4 (с запиранием ключей); Выходное напряжение индукционного преобразователя 6 в переходном режиме состоит из напряжения, обусловленного переходным процессом в искомом металлическом объекте и напряжением переходного процесса в обмотках самого индукционного преобразователя. Вторая составляющая указанного переходного процесса несет информацию об уровне и стабильности напряжения раскомпенсации. Величина задержки строб-импульса определяется моментом окончания переходного процесса в искомом металлическом объекте и при значении превышающем время переходного процесса в. металле, суммарное напряжение на выходе индукционного преобразователя несет информацию толькоо ста . бильности, уровне комцексации транс636 форматорной ЭДС и помехах, наводимых в индукционном преоб{ азоЕ5ателе внешними электромагнитными полями. В схеме 18 сравнения происходит сравнение напряжения раскомпенсации, величина которого определяется уровнем компенсации трансформаторной ЭДС и напряжением помех, с напряжением начальной компенсации, запомненном в первом за- поминагацем устройстве 16. Постоянная времени запоминающих устройств 16 и 19 выбирается из условия ,. где П 1,2,3 . . .. ; Т- период квантования напряжения генератора 1. При П 1 реализуе гся попериодная коррекция измеряемого напряжения. Формула изобретения 1. Электромагнитный металлоискатель, содержащий последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, индукционный преобразователь, параллельно которому включен электрический компенсатор, усилитель, демодулятор и индикатор, о т л и ч 8 ю щ и и с я- тем, что, с целью повышения чувствительности измерений путем автоматической компенсации в индукционном преобразователе, в него дополнительно введены четыре ключа, второй усилитель, с регулируемым коэффициентом усиления, узел управления, содерлсащий последовательно соединенные первый формирователь импульсов, триггер и второй формирователь импульсов, а также блок корректирукяцего напряжения, причем первый ключ включен между генератором и индукционным преобразователем, второй - между выходом усилителя и входом второго усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, третий - между выходом узла управления и входом блока корректирующего напряжения, четвертый - между выходом блока, корректирующего Hanpshжения и управляющим входом второго усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с демодулятором, вход первого формирователя импульсов соединен с выходом генератора, а второй выход триггера соединен с управляющими входами первого, второго и четвертого ключей, а управляющий вход третьего ключа соединен с выходом усилителя. 76 2. Метаялоискатель по п. 1, о г личаюшяйся тем, что блок корректирующего вапрщкенйя состоит нэ п.ослеаовательно соедяневных оллрямв-. теля, первого эапомвваюшего устройства сравневня, функционального преобразо вателя в второго эапомвнакшего устройства, причем второй вход схемы 3 сравнения соединен с и 1ходом выпрямителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Бахмутский В. Ф., Зуенко Г. ,И. Индукционные кабелеискатели, М,, 1970, с. .

в

Г

и

/}Я нагля яастч на эпюрам , 6 реально устройстве Т ( - (,.)