Устройство для обнаружения металлических объектов

Устройство для обнаружения металлических объектов, включающее устройство возбуждения и устройство регистрации. Устройство возбуждения состоит из катушки, устройства выборки, генератора прямоугольных двухполярных импульсов тока. Устройство регистрации состоит из приемной катушки, усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, регистрирующего амплитуду сигнала в двух временных положениях в каждом полупериоде по команде устройства выборки, и устройства вычислительного, определяющего частное от деления зарегистрированных сигналов в каждом полупериоде и сравнивающего частное от деления с пороговым значением, которое задается устройством задания порога. При этом, выходной сигнал устройства сравнения по превышению порога является сигналом наличия проводящего металлического объекта. Наличие генератора импульсного магнитного поля прямоугольной двухполярной формы и вычислительного устройства, обладающего функцией вычисления отношения сигналов двух выборок в одном полупериоде, согласно полезной модели, обеспечивают повышение точности обнаружения металлических объектов, в том числе, во вмещающем материале, обладающем проводящими свойствами, и являются существенными отличительными признаками данной полезной модели.

Полезная модель относится к области обнаружения электропроводящих объектов в потоке транспортируемого материала и может быть использована на предприятиях горнодобывающей промышленности для обнаружения металлических объектов в потоке материала, транспортируемого ленточным конвейером.

Известен способ обнаружения электропроводящих объектов [1]. Устройство, реализующее данный способ, включает генераторное устройство, являющееся источником первичного импульсного электромагнитного поля, и приемный контур, регистрирующий неустановившееся электромагнитное поле вихревых токов, возникающих в электропроводящих объектах. Вычислительное устройство выделяет аномалии с малым затуханием переходного процесса за счет компенсации вторичных полей от материала, вмещающего электропроводящие объекты.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность обнаружения электропроводящих объектов в материалах, проводящих электрический ток, например, сульфидных рудах или каменных углях высокой степени углефикации, вследствие того, что проводящий материал имеет малое затухание переходного процесса, сравнимое со временем затухания переходного процесса в объекте, подлежащем обнаружению.

Известен также способ обнаружения металлических объектов [2]. Устройство, реализующее данный способ, включает устройство возбуждения, состоящее из катушки возбуждения, генератора импульсов и устройства выборки, устройство регистрации, состоящее из катушки приемной, усилителя, аналогово-цифрового преобразователя и устройства вычислительного. Отличительной особенностью прототипа является генератор треугольных импульсов тока, формирующий в катушке возбуждения импульсное магнитное поле со скважностью равной или превышающей 1,5. Создаваемое магнитное поле имеет фазу нарастания, фазу спада магнитного поля и фазу отсутствия магнитного поля. Согласно прототипу, измерения магнитного поля вихревых токов в потоке материала проводят в период каждой фазы стробированием по сигналам устройства выборки, не менее, чем в двух временных положениях, при этом каждая первая выборка удалена от начала фазы на промежуток времени, определяемый длительностью затухания собственных переходных процессов катушки, каждая вторая выборка удалена от каждого начала фазы на промежуток времени равный или больший постоянной времени переходного процесса в проводящем объекте, имеющееся устройство вычислительное в каждой фазе вычисляет разность сигналов между первой и второй выборкой, абсолютные значения разностей в первой и второй фазах суммируют и сравнивают с пороговым уровнем. О наличии проводящего объекта судят по превышению выходным сигналом порогового уровня, задаваемого задатчиком порогового уровня.

Недостатком устройства-прототипа является недостаточная точность обнаружения металлических объектов в потоке материала, проводящего электрический ток. Причина заключается в том обстоятельстве, что выходной сигнал устройства является линейной комбинацией двух измерений в каждой фазе, а именно, разностью двух измерений. При этом, в погрешность устройства в полной мере входят погрешность формирования треугольных импульсов поля, вариации высоты насыпки, крупности вмещающего материала и его электромагнитных свойств.

Целью настоящей полезной модели является повышение точности обнаружения металлических объектов в потоке материала, обладающего электропроводящими свойствами, с нерегулярной высотой насыпки и крупностью материала.

Это достигается за счет того, что устройство для обнаружения металлических объектов включает устройство возбуждения импульсного магнитного поля, устройство регистрации магнитного поля вихревых токов в облучаемых объектах и устройство вычислительное. Согласно полезной модели, устройство возбуждения снабжено: катушкой возбуждения, устройством выборки и генератором прямоугольных двухполярных импульсов тока. Устройство регистрации, снабженное катушкой приемной, усилителем и аналогово-цифровым преобразователем, регистрирует амплитуду сигнала в двух временных положениях в каждом полупериоде по команде устройства выборки. Устройство вычислительное определяет частное от деления зарегистрированных сигналов в каждом полупериоде и сравнивает частное от деления с пороговым значением, задаваемым устройством задания порога. Выходной сигнал устройства сравнения по превышению порога является сигналом наличия проводящего металлического объекта.

Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, на которых:

- Фиг 1 - изображена структурная схема устройства для обнаружения металлических объектов в потоке транспортируемого материала;

- Фиг 2 - приведена эпюра переменного магнитного поля приемной U₁ катушки, а также стробирующие сигналы a₁, a₂ и b ₁, b₂.

Работает полезная модель следующим образом, Фиг 1.

Генератор импульсов 1 формирует в катушке возбуждения 2 последовательность двухполярных прямоугольных импульсов тока. Импульсное электромагнитное поле, излучаемое катушкой возбуждения, искажается при прохождении анализируемого материала и регистрируется катушкой приемной 3. Принимаемый сигнал усиливается усилителем 4 и в заданные моменты времени преобразуется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) 5 по сигналу устройства выборки 6. Устройство выборки 6 обеспечивает синхронизацию генератора 1 и АЦП 5 таким образом, что АЦП производит измерение значения сигнала в каждой фазе сигнала в двух временных положениях - «выборка 1» и «выборка 2». Устройство вычислительное рассчитывает частное от деления значений «выборка 1» на «выборка 2» и сравнивает частное от деления с пороговым значением, задаваемым задатчиком порога 9. Превышение частным порогового значения фиксируется схемой регистрации 10, и является индикатором наличия проводимого тела и в дальнейшем используется для извлечения проводящего тела каким либо известным устройством.

В отличии от прототипа, формируемое импульсное электромагнитное поле имеет прямоугольную двухполярную время-амплитудную характеристику. Согласно теореме Фурье, периодический сигнал прямоугольной формы может быть разложен в ряд гармонических колебаний - спектр, при этом высшие частоты в спектре ограничены реальным временем нарастания сигнала, а низшая - основная гармоника соответствует периоду следования прямоугольных импульсов. Таким образом, наличие проводящего тела в анализируемом материале определяется различной реакцией поля в области низких и высоких частот при наличии и в отсутствии проводящих тел, подлежащих определению.

Эпюры сигналов, зарегистрированных в одном полупериоде приведены на Фиг 1. уровни сигналов a₁ и a₂ в «выборке 1» условно соответствуют высшим гармоникам в спектре, b ₁ и b₂ в «выборке 2» - низшим гармоникам. Уровни a₁ и b₁ соответствуют сигналу в отсутствии проводящих тел, а a₂ и b₂ - наличии проводящих тел. Вычислительное устройство определят частное от деления: ₁=a₁/b₁ и ₂=a₂/b₂ и сравнивает _1пор, ₂пор. Превышение частным порогового уровня свидетельствует о наличии проводящих тел, подлежащих обнаружению.

Устройство-прототип предполагает наличие генератора

последовательности импульсов тока треугольной формы с нормированной крутизной нарастания и, следовательно, не обладает наличием в спектре как минимум двух частот существенно отличающихся по величине.

Именно, генератор тока прямоугольной формы является существенным отличием полезной модели от прототипа, поскольку обеспечивает наличие в спектре одновременно низкочастотных и высокочастотных составляющих, различным образом воздействующих на металлические тела (металлический тип проводимости) и вмещающий материал (полупроводниковый, электронно-дырочный тип проводимости), решающих задачи их селекции даже при весьма близких значениях проводимости металлических тел и влияющего материала.

Вычислительное устройство прототипа определяет разность двух зарегистрированных сигналов в каждой фазе, таким образом погрешность формирования формы импульсов, а также изменение характера взаимодействия вследствие вариации высоты насыпки вмещающего материала и его крупности - линейно входит в суммарную погрешность измерений.

Существенное отличие полезной модели от прототипа заключается в том, что вычислительное устройство определяет отношение (частное от деления) двух значений, измеренных в одном полупериоде. При этом происходит автоматическая компенсация погрешности вызванной формированием амплитуды импульсов поля, высотой насыпки и крупностью вмещающего материала.

Наличие в полезной модели генератора двухполярного импульсного электромагнитного поля, устройства выборки, обеспечивающего синхронное измерение значения сигнала в двух временных моментах одного полупериода и устройства вычислительного, определяющего частное от деления двух измеренных значений является отличительными признаками полезной модели и обеспечивает неочевидный инженерный уровень решения задачи повышения надежности обнаружения металлических тел в потоке материала, обладающего проводящими свойствами.

Использованные источники (ИНИД 56)

1. Электроразведка: Справочник геофизика. В двух книгах/ Под ред. В.К. Хмелевского и В.К. Бондаренко. Книга первая. 2-е изд., перераб. и доп. М. Недра, 1989 391-398 с

2. Патент Россия RU 2313109 C1, G01V 3/11, пр. 12.07.2006, опубл. 20.12.2007.

Устройство для обнаружения металлических объектов, состоящее из устройства возбуждения импульсного магнитного поля, устройства регистрации магнитного поля вихревых токов в облучаемых объектах и устройства вычислительного, согласно полезной модели, устройство возбуждения включает катушку, устройство выборки, генератор прямоугольных двухполярных импульсов тока, устройство регистрации содержит приемную катушку, усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, регистрирующий амплитуду сигнала в двух временных положениях в каждом полупериоде по команде устройства выборки, и устройство вычислительное, определяющее частное от деления зарегистрированных сигналов в каждом полупериоде и сравнивающее частное от деления с пороговым значением, которое задается устройством задания порога, при этом выходной сигнал устройства сравнения по превышению порога является сигналом наличия проводящего металлического объекта.

РИСУНКИ