Импульсный вихретоковый металлоискатель Советский патент 1980 года по МПК G01V3/11 

1

Изобретение относится к йредствам неразрушающего контроля электромагнитными методами и предназначено для обнаружения предметов из различных металлов в непроводящих и слабопроводяших средах, а также для обнаружения электропроводки, водо- и газопроводных коммуникаций и т.д.

Известны импульсные металлоискатели, принцип действия которых основан О на методе переходных процессов UJ.

В указанных устройствах используется амплитудно-импульсный метод выделения полезного сигнала из переходного процесса, индуцированного в 15 приемной катушке вторичным электромагнитным полем вихревых токов л соб- . ственной энергией, запасенной в катушке после окончания действия возбуждающего импульса тока.20

Наличие в этих устройствах аналоговых функциональных звеньев (фильтров, усилителей постоянного и переменного тока и т.д.) снижает временную и температурную стабильность ука- занных устройств, а также не позволяёт реализовать максимальную чувст вительность приборов из-за наличия внутренних флуктуационных помех, шумов, пульсаций напряжения питания, а 30

защита от. влияния внешних электромагнитных помех путем вк.пючения поло- . совых фильтров приводит к потере информации о наличии в зоне контроля малых -металлических предметов с невысокой электрической проводимостью.

Использование интегрирующих усилителей с синхронным наклонением в течение заданного отрезка времени с целью улучшения соотношения .сигн.ал/ шум в ряде случаев недопустимо из-за снижения быстродействия системы индикации .

Известен также детектор металла, содержащий вихретоковый датчик, подключенный к импульсному генератору, и последовательно соединенные .предусилитель, два электронных ключа, ,. дифференциальный интегратор, усилитель постоянного тока, блок индикации, а также генератор стробирующих импульсов, причем входы предусилите-. ля и генератора стробирующих импульсов подключены к выходу импульсного генератора, входы двух параллельна включенных ключей соединены с выходом предусилителя, другие входа ключей подключены к сбответствующим выходам генератора стробирующих импульсов, а выход каждого ключа соединен с соот.ветствуюшим входом дифференциальногр интегратора pj , - этом детекторе металла регистрация нали.чия металлического предмета в зоне контроля осуществляется путем измёрёнйя амплитудного значения сигнала, наведенного в приемной катушке индуктивности (вихретоковом п 5еобразователе), в определенный момент времени после окончания возбуждающего импульса тока и. соответствует времени открывания ключей, включенных в измерительный тракт.

Момент открывания ключей, включенных в измерительннй тракт, определяемся генератором стробирующих импульсов, синхронизированным от генератора импульсов возбуждения, а время измерения (или длительность открывания ключей) определяется длительностью стробирующих импульсов. Таким образом,.на одном из входов дифференциального интегратора появляется импульс, уровень которого соответствует амплитуде полезного сигнала, осложненного сигналами помехи, а на втором входе. - импульс, соответствующий уровню сигнала помехи, поскольку задержка на включение второго ключа выбрана в несколько раз Превышают щей время полного затухания полезно-, го сигнала. В резулктате на выходе дифферендиальнбго интегратора выделяется сигнал, пропорциональный амплитуде полезного сигнала.

Недостатком известного устройства является невысокая стабильность работы, .определяемая наличием в измерительном тракте большого количества аналоговых функциональный звеньев (предусилитель, дифференциальный интегратор, УПТ) и очень большим коэффициентом усиления сигнала, необходимым для повышения чувствительности прибора, а также недостаточная помехозащищенность, обусловленная невозможностью подавления импульсных помех, а также помех некогерентных с периодичност-ью работы генератора

строб-импульсов.7 .,

Й:ель йз6бретения - повьшёниё чу вствйтёльностй и помехозащищенности металлоискателя.

Поставленная цель достигается тем что импульсный вихретоковый металлоикатель снабжен последовательно соединенными ограничителем, ко мпаратором, форми з.ователем и триггером с 1рйздёй ным запуском, включенными между ге нератором импульсов и блоком индикаций, а: также одновибратором, вход которого подключен к генератору импульса и второму входу блока индикации, аГ выход - ко Bf pdMy входу триггера.

На фйг.1 представлена блоК-сХейа предлагаемого импульсного вихретокового металлоискателя; на фиг.2 -. эпюры напряжений на различных элементах блок-схемы в отсутствие металлического предмета; на фиг.З - при наличии металлического предмета; на фиг.4 приведен вариант исполнения электрическгой схемы блока индикации.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, вихретоковый преобразователь 2, ограничитель 3, компаратор 4 формирователь 5, например, триггер Шмитта, одновибратор 6, триггер 7 с раздельным запуском , блок 8индикации, измерительный каскад 9 блока индикации, зарядный конденсатор 10, транзисторные ключи 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

Первичное полевозбуждаемся катушкой вихретокового преобразователя 2 питаемой импульсами тока, формируемыми генератором 1 импульсов (фиг.1) В результате взаимодействия неустановившегося первичного поля с металлическим предметом, находящимся в зонеконтроля, возбуждается вторичное поле вихревых токов, наведенных в металле,- которое в свою очередь, индуцирует сигнал в вихретоковом преобразователе 2 .

Постоянная времени Гцп Форма переходного процесса (фиг.2 а), вызванного резким изменением тока в источнике поля - вихретоковом преобразойатёле определяется при отсутствии металла в зоне контроля только собственными параметраьга катушки вихретокового преобразователя (индуктивностью, активным сопротивлением, добротностью) .

При наличии металла в зоне контроля длитеЛ Е н6 стьпе рехЬдного процесса feh (фиг.З а) увеличивается за счет взаимодействия вторичного поля с вихретоковым преобразователем, причем амплитуда, длительность и закон затухания индуцированного сигнала определяются (в случае непроводящей укрывающей среды) только параметрами металлического предмета (масса, размеры, электрическая проводимость, магнитная проницаемость, глубина залегания).

Сигнал с вихретокового преобразователя 2 через ограничитель 3 напряжения подается на вход компаратора .4 На второй вход компаратора 4 подается опорное напряжение (Уоп соответствующей полярности (фиг.1 и 2б) . На выходе компаратора вырабатывается . напряжения, длительность которого определяется моментами равенства напряжений на входах компаратора. Поскольку сигнал с вихретокового преобразователя представляет собой медленно изменяющуюся величину (закон затухания, близкий к экспоненцйалГьному) при малых уровнях опорного напряжения U.o-n, задний фронт импульса компаратора Uiwn ( t) получается затянутым (фиг.2в). Для формирования крутых фронтов этого импуль. са к выходу компаратора 4 подключен .формирователь 5, с выхода которого , сформированный импульс Uf ( Ь) поступает на один из входов триггера с раздельным запуском 7. На второй вход триггера 7 подается импульс ( t) одновибратора 6, запускаемо Зс1дним фронтом импульса (ife,n ( tl ге нератора 1 импульсов. Длительность импульса Too одновибратора б выбирается равной или немног о меньшей длительности импульса С на выходе формирователя 5 при отсутствии метал ла в зоне контроля (фиг.2 гид). За пуск триггера осуществляется задними фронтами поступающих на его входы им пульсов. , При отсутствии металлических предметов в зоне контроля на выходе три .гера импульс напряжения (Jtr { ) либо отсутствует (при равенстве длительностей импульсов одновибратора Toe и формирователя Сф , т.е. при одновременной подаче запускающих импульсов на входы), либо имеет минимальную длительность, равную (фиг.2еХ. При попадании металлического- предмета в зону контроля длительность переходного процесса на катушке вихретокового преобразователя увели чивается и соответственно растет дли тельность импульса на выходах ограни чителя/ компаратора и формирователя, что, в свою очередь, приводит к увеличению длительности импульса на выходе триггера (фиг.З б-е). Сигнал определенной длительности, зависящей от наличия или отсутствия металлических предметов в зоне контроля, с выхода триггера 7 подается н блок.индикации, выполненный, например, на базе транзисторного ключа 11 с зарядным конденсатором 10 и содержащий измерительный каскад 9 с шлсок входным сопротивлением (фиг.,4). Величина напряжения заряда Utja/ (t) конденсатора 10 Сфиг, 2 ж) пропорциональна длительности импульса сигнала и, благодаря большой постоянной времени разряда запоминается до следующего такта измерения. В результате на вход измерительного каскада 9 подается практически постоянное напряжение, пропорциональ ное длительности импульса сигнала. Перед началом очередного такта HS мерения конденсатор 10 разряжйется путем подачи импульса (ori ( ) с выхода генератора 1 импульсов на транзисторный ключ 12, шунтируюидай кон.денсатор. Принудительный разряд конденсатора перед началом каждого цикла измерения позволяет значительно повысить -ч быстродействие индикации, что дает возможность использовать предлагаекюе устройство в технологическом потоке при больших скоростях движения контролируемых объектов. Новые функциональные блоки, которые могут быть выполнены на основе логических элементов в интегральном исполнении, в сочетании с новыми функциональными связями позволяют реализовать время-импульсный метод обработки информации вместо известных амплитудного и амплитудно-импульсного методов, что дает возможность, в свою очередь, значительно повысить временную и температурную стабильность устройства, его чувствительность и устойчивость к воздействию как периодических, так и импульсных помех. Дополнительное увеличение чувствительности устройства может быть достигнуто при использовании блока цифровой индикации, содержащего время-импульсный преобразователь и подключенного к выходу триггера с раздельным запуском. Предлагаемое устройство отличается повышенной устойчивостью к изменениям напряжения питания, внутренним флуктуационным помехам и наводкам. Формула изобретения .Импульсный вихретоковый металлоискатель, содержащий вихретоковый преобразователь, подключенный к генератору импульсов, и блок индикации, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и помехозащищенности, он снабжен последовательно соединенными ограничителем, компаратором, формирователем и триггером о раздельным запуском включенными между генератором импульсов и блоком индикации, а также одновибратором/ вход которого подключен к генератору импульсов и второму входу блока индикации, а выход - ко второму входу триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Заявка Велийобритании №1011604, кл. б 1 -Л/ , опублик. 1970. 2.Заявка Великобритании №1315684, л. G 1 N, опублик. 1973 (прототип)-.

fon

фиг./

фис2

ЛилЗ