Импульсный вихретоковый металлоискатель Советский патент 1982 года по МПК G01V3/11 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ВИХРЕТОКОЫЛЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ

Изобретение относится к средствам неразрушаклцего контроля электромагни ными методами и предназначено для об наружения металлических предметов в различных укрывающих непроводящих и елабопро водящих средах. Известно устройство для обнаружения металлических предметов и неоднородностей, содержащее генератор импульсов, индукционный датчик с передающей и приемной катушками, стр бируемый синхронный детектор, фильтры, накопительный конденсатор и исто йик компенсирующего напряжения 11, В указанном устройстве использован амплитудно-импульсный метод выделения из переходного процесса, индуцированного в приемной катушке индукционного датчика вторич ным электромагнитным полем вихревых токов, возбужденных в объекте поиска (металлическом предмете) при ре ком выключении тока в катушке, т.е. сразу после окончания зондирукадего импульса тока. Регистрация полезного сигнала осложняется при этом наличием собственного переходного процесса приемной катушки.индукционного датчи ка, флуктуационных помех-шумов входных каскадов аппаратУ15ы, а также электромагнитных помех в зоне контро ля. С целью выделенид полезного сигнала в указанном устройстве используются фильтры, а также система синхронного накопления сигнала за множество циклов измерения, обеспечиваю1цие улучшение отноыения сигнал/помеха на выходе устройства, а следовательно, и чувствительности аппаратуры. Однако включение фильтров приводит к потере информации о наличии металлических предметов в зоне контроля, а использование систем синхронного накопления для погтавления импульсных периодических и лгизкочастотных помех цедостаточТ о эффективно из-за жестких отграничений по времени накопления, обусловленных заданным быстродействи4м систекы индикации. Наиболее близким техническим ре- шейием к изобретению является импульсный, металлоискатель, содержащий импульсный генератор, вихретоковый преобразователь и генератор стробирующих импульсов, подключенные к выходам импульсного генератора, предусилитель;,два электронных ключа, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора стробирующих импульсов, дифФ ренциальный интегратор, инвертирующий вход которого подключен к выходу первого электронного ключа, а также последовательно соединенные усилитель постоянного тока и блок индикации, подключенные к ВЫХОДУ дифференциальног интегратора.

В указанном импульсном вихретоковом металлоискателе регистрация наличия металлического предмета в зоне контроля осуществляется путем измерения амплитудного значения сигнала в определенный момент времени после окончания зондирующего импульса тока, соответствукиций времени открывания ключей, включенных в измерительный тракт,

Момент открывания ключей, включенных в измерительный тракт, определяется генератором стробирующих

импульсов , СИНХрОНИЗИрОВ аННЫМ,, от, ИМпульсного генератора, а время измерения или длительность открывания ключей определяется длительностью стробирующих импульсов.

При этом на одном из входов дифференциального интегратора появляет.ся импульс, уровень которого соответствует амплитуде полезного сигнала, осложненного помехой, а на втором входе - импульс, соответствующий уровню помехи, поскольку задержка на включение второго ключа выбрана намного большей времени полного затухания полезного сигнала 2 .

Недостатком известного устройства является невысокая помехозащищенность, а следовательно и чувствительность, обусловленная недоста точно эффективным подавлением импульсных периодических и низкочастотных помех, период которых соизмерим или превышает длительность строб-импульсов.

Цель изобретения - повышение чувствительности и помехозащищенности метсшлоискателя.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный - вихретоковый .металлоискатель, содержащий импульсный генератор, вихретоковый преобразователь и генератор стробирующих импульсов, подключенные к выходам импульсного генератора, предусилитель, два электронных клюja, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора стробирующих. импульсов, дифференциальный интегратор,инвертирующий вход которого подключен к. выходу первого электронного ключа, а также последовательно соединенные усилитель постоянного тока и блок индикации, подключенные к выходу дифференциального интегратора, ; введены ограничитель напряжения, два дифференциатора, интегратори нелинейный элемент, причем ограничитель напряжения включен между выходом вйхретокового преобразователя и входом предусилителя, дифференциаторы включены между выходом предусилителя и входами элекронных ключей, интегратор включен между выходом второго электронного ключа и неинвертирующим входом дифференциального интегратора, а нелинейный элемент подключен между выходом усилителя постоянного тока и входом первого электронного ключа.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого импульсного вйхретокового металлоискателя; на фиг.2 - 10 эпюры напряжений на элементах блок-схемы в отсутствие металлического предмета (слев.а) и при наличии металлического предмета (справа).

Импульсный вихретоковый преобразователь содержит {фиг.1) импульсный генератор 1, вихретоковый преобразователь (ВТП) 2, ограничитель 3 напряжения, предусилитель 4, два дифференциатора 5 и.б, два электронных ключа 7 и 8, :интегратор 9, дифференциальный интегратор 10, усилитель 11 постоянного тока, генератор 12 стробирующих импульсов, состоящий из ждущих мультивибраторов 13-16, нелинейный элемент 17 и блок 18 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Вихретоковый преобразователь питается мощными зондирующими : импульсами тока, формируемыми выходным каскадом импульсного генератора 1 (фиг.2). Форма импульсов напряжения на катушке ВТП 2 приведена на фиг.З, Периодичность Tf. работы устройства, а также длительность t зондирующих импульсов определяется задающим каскадом импульсного генератора 1 (фиг.2).

Одновременно от заднего фронта импульсов задающего каскада импульсного генератора 1 осуществляется запуск генератора 12 стробирующих импульсов, в состав которого входят четыре ждущих мультивибратора 13-16, соединенных попарно последовательно. Мультивибраторы 13 и 15 формируют сигналы (фиг.5 и определяющие время .задержки стробимпульсов, а мультивибраторы 14 и формируют йтроб-импульсы(фиг.7 и используемые в качестве сигналов, управляющих работой ключей 7 (Строб и 8 (Строб П).

Сигнал с выхода ВТП через огранчитель 3 напряжения, предохраняющи широкополосный предусилитель 4 от

перегрузки в момент действия импульса генератора 1, а также значительно сокращающий время восстановления предусилителя, усиливается (фиг.4) и через два дифференциатора 5 и б подается одновременно на два последовательных электронных ключа 7 и 8, выполненных на полевых транзисторах.

Открывание ключей производится строб-импульсами I и и в срответствуквдие моменты времени t и t .пр ле окончания зондирующего Импульса (фиг.7 и 8).

Введением двух дифференциаторов достигается гальваническая развязка между входами ключей и выходом преду силителя и исключается влияние дрейфа нуля на выходе прелусилителя на показания индикатора.

Постоянная времени или частота среза дифференциаторов, являющихся фильтрами верхних частот, выбирается исходя из длительности зондирующего импульса, длительности полезного сигнала, fc. и времени регистрации ЭДС сигнала tn. , При малых временах регистрации ,2 когда искажения низкочастотной части спектра полезного сигнала несущественны, постоянную времени дифференциаторов можно принимать равной f (,-;.

В результате при необходимости обнаружения металлических объектов малого размера (диаметром от нескольких миллиметров) частота среза диф- ференциаторов получается достаточно высокой (сотни герц, килогерцы), что обеспечивает значительное подавление низкочастотных помех (например прокишленной частоты) уже на входе дифференциального интегратора 10.

Полезный сигнал от объекта, имеющий вид экспоненциального затухающего импульса напряжения, осложненны сигналом типа шум, через ключ 8 поступает на интегратор 9 и накапливается на его конденсаторе за N циклов измерения. В результате отношени сигнал/шум на выходе интегратора увеличивается в N раз.

В том случае, когда на интегратор 9- через ключ 8 поступает полезный сигнал, осложненный некогерентной периодичной импульсной или низкочастотной помехой, суммарный сигнал, накопленный на конденсаторе интегратора, флуктуирует с частотой, зависящей от постоянной времени интегратора 9 (фиг.4 и 9).

Однако флуктуации сигнала на выходе дифференциального интегратора 10 значительно ослаблены в связи с тем, что на его инвертирующий вход через ключ 7 также воздействует сигнал помехи, так как полезный сигнал к моменту открывания ключа 7 успевает затухнуть (фиг.4).

Постоянная времени дифференциальногр интегратора 10 выбирается равно постоянной времени интегратора 9. Тогда, выбирая время задержки строба относительно строба ГТ, равным периоду сигнала помехи, а, следовательно, подавая на оба входа дифференциального интегратора равные мгновенные значения напряжения сигнала помехи во время действия строба I, получаем на выходе дифференциального интегратора разностный сигнал помехи, в идеальном случае равный нулю (фиг,10).

Полезный сигнал, появляющийся на выходе дифференциального интегратора, при наличии металлического объекта в зоне контроля (фиг.10) через усилитель 11 постоянного тока подается на блок 18 индикации и вызывает срабатывание индикаторных приборов (стрелочных, звуковых, световых и проч.),

Для повышения чувствительности к двум близкорасположенным металлическим предметам, путем увеличения быстродействия усилительного тракта, определяемого инерционностью дифференциального интегратора, в устройство введена цепь отрицательной обратной связи на нелинейном элементе 17.

При воздействии на неинвертирующий вход дифферейциального интегратора сильного входного сигнала, приводящего к насыщению дифференциального интегратора и зашкаливанию систег л индикации, резко уменьшается сопротивление нелинейного элемента 17 и на инвертирующем входе дифференциального интегратора в момент открывания ключа 7 поя-вляется сигнал вызывающий перезаряд и быстрое восстановление дифференциального интегратора. При малых величинах выходног сигнала сопротивление нелинейного : элемента очень велико и влияние цепи отрицательной обратной связи незначительно.

Изобретение позволяет значительно повысить чувствительность устройства К малым металлическим предметам, увеличить дальность обнаружения, а также повысить устойчивость к воздействию помех.

Формула изобретения

Импульсный вихретоковый металлоискатель,,содержащий импульсный генератор, вихретоковый преобразователь и генератор стробирующих импульсов, подключенные к выходам импульсного генератора, предусилитель два электронных ключа , управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора стробирукщих импульсов, дифференциальный интегратор, инвертирукздий вход которого подключен к выходу первого 3JieKTpoHHoro ключа, а также последовательно соединенные усилитель постоянмрго тока и блок индикации г подкпюченныё к выходу дйффереяциальйого интегратора, о т л и ч а ю щ и с иг тем, что, с целью повшаения чувствдтельности и помехоэа11|ицейнрсти, в него введены ограничитель,напряженйя два дифференциатора, интегратор и;нелинейный элемент, причем огра1я11чит(ель напряжения включен между шхбдом внхретокойого преовра эовакеля и ВХОДСЯ4 предусилителя, дифференциаторы включены между выxoдo 4 предусилителя и входами электронных ключей, интегратор включен между выходом второго электронного ключа и неннвертирующим входом дифференциального интегратора, а нелинейный: элемент подключен между выходом усилителя постоянного тока и входом первого электронного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

lejii -.J ,