Бесконтактный датчик наличия магнитной массы Советский патент 1980 года по МПК G08G1/09 

(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК НАЛИЧИЯ Изобретение относится к устройст|вам сигнализации и управления движением магнитной массы, определения при сутствия магнитной маСсы и может быть применено для регулирования движения транспорта на трассах с немагнитным дорожным покрытием. Известно устрЪйство, предназначенное для переключения сигнальных ламп светофора, содержащее индуктив|1ые датчики в виде контуров,, уложенных под трассой движения магнитной массы, соединенных в с.ортветствуютие плечи мостовой схемы, фазочувствителЬ ный усилитель, генератор высокой част тоты, питакяций мост, усилитель, реле времени и блок переключения 1. Датчики в этом устройстве охватывают своим контуром площадь проезжей части и выдают сигнал, пропорциональный нагрузке этой площади транспортными средствами. Включение датчиков в моетовую схему позволяет сравнивать загрузку перекрестка во взаимно-пересекающихся направлениях и получить сигнал, величина и фаза которого висит от соотношения транспортных единиц на этих направленияЗс. Сигнал, снимаемый с выхода мостовой схемы,

..i«iiS isei l« Ss :i w MAW МАГНИТНОЙ МАССЫ

.гй:: ийЁ /: ;.О,-;

{гг. через фазочувствителЬный усилитель и пороговый элемент управляет включением сигнальных памп светофора. Из известных датчиков наличия магУнитной массы наиболее близким по.тех ническрму решению к предлагаемому яв1 Пяегся устройство, содержащее индуктивные катушки, уложенные под трассой движения магнитной массы и являющиеся источником полезного сигнала, усилитель, подключенный квыходу ка-, тушек, источник переменного напря-хения, подключенный к входам катушек, и источник питания 2. В качестве источника переменного напряжения и указанном устройстве испольэукт генератор .синусоидальных колебаний высокой частоты (ВЧ). и, кроме того, оно содержит последовательно соединенные детектор ВЧ колебаний, усилитель постоянного тбка и электромагнитноеjpeЛ&1 - --- ----.-..--. . ..- : При отсутствии магнитной массы вблизи индуктивных катушек генератор высокочастотных колебаний не возбуждён, на выходе детектора ВЧ постоянное напряжение отсутствует, на выходе Усилителя постоянного тока (УПТ.) выходной ток равен нулю и через катушку электромагнитного реле ток не про текаёт. Если же вблизи индуктивной катушки появляется магнитная масса, то ее индуктивность возрастает и в генераторе возбуждаются ВЧ колебания которые после детектирования воздействуют иа УПТ, и, следовательно, на электромагнитное реле, которое пере ключает сигнгшьные лампы светофора. К недостаткам известного устройст ва относится его недостаточная температурная стабильность, вызванная температурной нестабильностью параметров индуктивных катушек и транзис торов, используемЕвс в схемах генератора ВЧ колебаний и УПТ. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, температурной стабильности и создание избирательных свойств в соответствии с фазой входного сигнала. Поставленная цель достигается тем что в устройство введены формирователь синхроимпульсов, релейные элементы и токовый ключ, причем к выходу формирователя синхроимпульсов под ключен вход токового ключа, выходы которого подключены к входс1М релейных элементов, к другим входам:Которах подключен выход усилителя, а индуктивные катушки включены по дифференциально-трансформаторной схеме. . На фиг. 1 показана блок-схема уст ройства; на фиг. 2 - принципиальная схема. Устройство содержит две индуктивные катушки 1 и 2, усилитель 3 переменного тока, формирователь 4 синхро импульсог, токовый ключ 5, релейные элементы 6 и 7, силовой, трансформатор 8, являющийся источником перемен ного напряжения, вспомогательный ком пенсационный дифференциальный трансфо{5матор 9 без магнитопровода. Усилитель 3 переменного тока состоит из усилителя напряжения, фазоинвсрсного каскада, усилителя мощности и источника постоянного стабилизированного напряжения (фиг. 2) . Усилитель напряжения. На транйнсторах 10 и 11 выполнен усилительный каскад с непосредственной связью с двумя обратными связями с выхода на вход. Стабилизация производится пе.редачей напряжения с резистора 12 на базу первого транзистора 10 и изменением напряжения эмиттера первого к аскада в зависимости от .величины тока, протекающего через резистор 13 Поскольку резистор 14 не згииунтирован конденсатором, в усилителе дейст вует отрицательная обратная связь по переменному току, резко уменьшакяяая искажения. Фазоинверсный каскад. В двухтранзисторном, фазоинверсном каскаде с резделенной нагрузкой транзисторы 15 и 16 с различными проводимостямн гал ванически связаны друг с другом. Кол лекторный ток 15 создает падение на1тряжения на резисторе 17 в цепи эмиттера 16, а в каскёше возникает последовательная отрицательная обратная связь по току . Такой Фазоинверсный каЬкад имеет одинаковые выходные напряжения, а выходные сопротивления определяются сопротивлениями резнсторов 17 и 18. Действительно, транзистор 15 по переменной составляющей включен по схеме с общей базой. Нагрузкой его является транзистор 16. Нижнее плечо схемы на основе транзистора 16 представляет собой эмиттерный повторитель, а верхнее плечо - обычный усилитель (каскад с общим эмиттером) , Усилитель мощности. На транзисторах 19, 20 и 21, 22 выполнен двухтактный каскад, работающий в режиме В, для чего в схему введены диоды 23 и 24, обеспечивающие разряд разделительных конденсаторов 25 и 26 заряжающихся при работе каскада импульсами входного тока транзисторов. Рассмотрим одно из плеч двухтактного каскада. Два транзистора, например 19 и 20, с различными провсдимостями гальванически связаны друг с другом. Коллекторный ток 20 создает падение напряжения на резисторе 27 в цепи эмиттера 19 и в каскаде возникает последовательная отрицательная обратная связь по току. Благодаря ей каскад имеет высокую температурную стабильность, высокое входйое и низкое выходное сопротивление. Для того, чтобы делители напряжения 28 29 меньше шунтировали вход плеча двухтактного каскада, они включены через дополнительный резистор 30. Аналогично обстоит дело и с транзисторами 21, 22. Релеййый элемент. Каскады на транзисторах 31 н 32 представляют собой инверторы тока, через которые подается управляющий сигнал на тиристоры соответственно 33 и 34. Токовый ключ. Диод 5 выполняет роль токового ключа для релейных элементов . Формирователь синхроимпульсов. Узел ьа основе динистора 35, включающий в себя ВТО1ЖЧНУЮ обмотку 36 силового трансформатора 8, резисторы 37 .и 38, стабилитрон 40, диод 39, представляет собой формирователь синхроимпульсов . Источник питания. На основе транзисторов 41 и 42 и стабилитрона 43 выполнен стабилизатор постоянного напряжения, который получает питание с выпрямительного моста на диодах 44. Первичном источником сигнала являются индуктивные катупки 1 и 2, которые включеиы по диффереициальио;Трансфсч маторной схеме. Для корректировки нуля входного сигнала в дифферюицнальио-трансформаторную схему включен вспомогательный компенсационный ди ферёнциальный трансформатор 9 вез магнитопровода. Принцип действия бесконтактного датчика наличия магнитной массы рсно йан на изменении индуктивной сзяЭи при внесении в индуктивную катушку 1 или 2 магнитной массы. Это приводит к изменению магнитного потока, а зна чит, к увеличению индуктируемой ЭДС во вторичной обмотке. Разность ЭДС является функцией наличия магнитной массы в одной из катушек, а ее знак функцией последовательности прйсутстйия магнитной массы в определенной катуике. Таким образом, напряжение, поступающее на вход усилителя, является функцией перемещения магнитной массы, а его фаза - функцией направления перемещения. На входе усилителя высокочастотна ficMexa сигнала отфильтровывается кон денсатором 45. Усилителем напряжени сигнал усиливается и поступает на фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой. С выхода фазоинверсного каскада сигнал поступает на вход уси лителя мощности, плечи.которого работают в режиме класса В. Разделен-ные по полярности сигналы, усиленны не только по мощности, но и по йапр жению, так как приведенная схема ус лителя мощности дает усиление и по напряжению, поступают на входы реле ных элементов. Рассмотрим более подробно дальне шую работу бесконтактного датчика н личия магнитной массы. Формирователь синхроимпульса 4 раз в период выдает импульс всегда одной полярности с частотой пере--манного напряжения сети. В один из полупериодов ток от вторичной обмот ки 36 трансформатора 8 замыкается через диод 39. В другой пСлупериод, до тех пор, пока напряжение на вторичной обмотке не превысит напряжения стабилизации стабилитрона 40, тока в цепи через диод 5 нет. Заранее выбирают, что напряжение открытия динистора 35 гораздо больше, чем напряжение стабилизации стабилитрона 40, а напряжение стабилизации ст билитрона 40 выбирается несколько больше напряжения питания усилителя чтобы не возникло цепи питания инверторов тока на,транзисторах 31 и при отсутствии синхроимпульса. При увеличении напряжения, снимаемого с обмотки 36 трансформатора 8, стабили трон 40 пробивается и через диод 5 проходит ток, т.е. диод 5 представляет собой обычное сопротивление небольшой величины. Лишь в это время, пока диод 5 открыт синхроимпульсом, .инверторы тока получают коллекторное напряжение. Этот ток протекает до те пор, пока не откроется динистор 35 и не зашунтируёт цепь тока через стабилитрон 40. С этого момента стабилитрон 40 закрывается, а диод 5 получает обратное смещение и обрывает цепь питания инверторов, т.е. диод 5 дткр1аваётся на небольшой промежуток . времени раз в период с определенной частотой. Так как катушки 1 и 2 не имеют ферромагнитного сердечника, то ЭДС, наводимая на вторичных обмотках, смещена по фазе относительно напряжения первичных обмоток на 90. К тому же фазы наводимых ЭДС, сдвигаются на 180 друг относительно друга в зависимости от того, в какой из катушек в данный момент находится магнитная . масса. Синхроимпульс поступает на токовый ключ 5 в то время, когда в один из полупериодов входного сигнала величина напряжения прошла амплитудное значение. Синхроимпульс кратковременный и заканчивается в то время, когда величина напряжения входного сигнала не успела подойти к нулевому значению. Время поступления синхроимпульса и его длительность позволяют избежать подачу квадратурной составляющей входного сигнала на тиристоры 33 и 34, т.е. предотвратить их ложное срабатывание, и позволяют катушками 1 и 2 передать раздельные сигналы присутствия магнитной массы в данный момент вблизи определенной катушки. Пусть в данный момент магнитная масса присутствует вблизи.одной из катушек, что вызывает появление отрицательной полуволны сигнала на вхоДё Инвертора на транйисторе 31. До поступления синхроимпульса на тсжовый ключ 5 на транзисторе 31 коллекторного напряжения нет. Коллекторное напряжение отсутствует также и на транзисторе 32. При поступлении синхроимпульса открывается транзистор 31 и протекает его коллекторный ток. Транзйс.тор 32 не открывается, потому что у него на входе сигнал отсутствует. Если в данный мсмент фаза сетевого напряжения такова, что на анодах .тиристоров присутствует более положительный потенциал, чем на катодах, то тиристор 33 открывается и через негр проходит анодный Этим током можно управлять разЛичными объектами. В другойполупериод ни один из тиристоров 33 и 34 не открывается, хотя на базе транзистора 32 присутствует сигнал, соответствующий открытию транзистора. Тиристоры ..33 и 34 не откроются, так как .токовый ключ 5 закрыт и напряжение на анодах тиристоров имеет более отрицательный потенциал, чем на катодах, т.е. в данном случае постоянно открЬшается тольJCO тиристор 33 .

Пусть теперь магнитная масса присутствует вблизи другой катушки, фаза вхЪяного сигнала иэменяет ея на 18о и теперь уже в тот момент, когда потенциал анодов тиристоров 33« 34 более положительный, чем катодов и си|1хроимпульс открывает токовый ключ5, на базу транзистора 32 поступает открывакидее напряжение, протекает его коллекторный ток, отккрывается тиристор 34 и выдается сигнал на управление объектом. Тиристор 33 не открывается, так как на его входе сигнал отсутствует. Так продолжается до тех пор, пока магнитная иасса присутствует внутри указанной индукционной катушки.

Таким образом, происходит строгое а9дёлёняевыхо4його сигнала в зависимости от наличия магнитной массы толькаг вблизи конкретной катуивси.

При несогласованной фазировке вторичной обмотки 36 силового трансформатора 8 и анодного напряжения тиристоров 33 и 34 ни один из тиристоров не откроется при наличии магнитной массы около любой из индукционных катушек. В этом случае синхронмпульс поступает в тот полупериод, когда на анодах тиристоров более отрицательны потенциал, чем на катодах, куда синхроимпульс поступает один раз в период.

Так как контуры катушек обычно располагаются параллельно ДРУГ ДРУгу и Г1ё15Пёнднкулярн6 направленйю двйже ния магнитной массы, на небольшом расстоянии друг от , то они практически находятся в одних температурных условиях.. Тем самым устраняется дополнительная погрешность, ко.тбрая возникает в дифференциальнотрансформаторных схемах, когда катушки находятся в различных температурных условиях. Подключение концов катушек осуществляется таким образом, чтобы помехи, наводимые магнитш полем земли в контурах картушек, компенснровали друг ЛРУга н не поступали на вход усилителя переменного тока.

Формула изобретения

Бесконтактный датчик наличия магиитной массы, содержащий индуктивные катушки, установленные иа пути движения магнитной массы и являющиеся источником полезного сигнала усили5 тель, псдключеиный к выходу катушек, источник переменного напряжения; подключе1у|ый к входам катушек, и источник питаиия, отличающийс я тем что с цепью повиаения помехоустойчивости, температурной стабильности и иэбирательиости, в него введены формирователь синхроимпульсов, релейные элементы и токрвый ключ, причем к выходу формирователя синхроимпульсов подключен вход токового ключа, выходы которого подключены к входам релейных элементов, к другнм входам которых подключен выход усилителя, а индуктивные катушки включены по дифференциально-трансформаторной схеме.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Авторское свидетельство СССР I 432580, кл. G 08 G 1/09, 1972.

2. Елисеев B.C., Трибунцев И.Ф. Управление шахтиой автоматической веитиляциоииой дверью при безрельсовом траиспорте. , гия, 1974, 15, с. 45-48 (прототип) .