УСТРОЙСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ И КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ
PRODUCTS IDENTIFICATION AND POSITIONAL CHECKING APPARATUS

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для идентификации (распознавания) нагретых металлических и неметаллических изделий, а также в качестве бесконтактного датчика контроля положения изделий с учетом их термического состояния и вида материала.
5
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, и пороговый элемент, последовательно включенные инфракрасный фотоприемник, установленный со стороны закрытого торца ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента соосно с его центральным отверстием, формирователь импульсов, а также логический элемент 2И, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента, первую выходную клемму, соединенную с выходом логического элемента 2И и являющуюся первым выходом устройства, инвертор, вход которого соединен со вторым входом логического элемента 2И, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом логического элемента 2И, второй вход - с выходом инвертора, вторую выходную клемму, подключенную к выходу логического элемента 2ИЛИ-НЕ и являющуюся вторым выходом устройства (см. авторское свидетельство СССР № 1610268, МКИ G01B 21/00 "Индуктивно-оптический датчик положения и контроля", 1990). Однако такое устройство обладает сравнительно низкой надежностью функционирования из-за:
1) прохождения на его второй выход недостоверной информации об идентификации нагретых неметаллических изделий, так как в момент нахождения
устройства в исходном состоянии и нахождении нагретого контролируемого изделия за пределами чувствительного элемента устройства имеют место ложные срабатывания устройства при случайном попадании в область оптического окна инфракрасного фотоприемника устройства посторонних нагретых металлических или неметаллических предметов, находящихся за пределами действия электромагнитного поля индуктивного чувствительного элемента, но в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника, при этом ложные срабатывания проявляются на втором выходе устройства в виде ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1";
2) ложных срабатываний устройства по его второму выходу, например, от таких посторонних источников инфракрасного излучения, как фотоэлектрические датчики положения с открытым оптическим каналом, установленные на технологическом оборудовании, и работающие генераторы инфракрасного излучения измерительных приборов, используемых при ремонте технологического оборудования в цеховых условиях, в том случае, когда они находятся за пределами действия электромагнитного поля индуктивного чувствительного элемента устройства, но в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника устройства, а изделие находится в исходном состоянии и контролируемое нагретое изделие расположено вне зоны действия чувствительного элемента устройства. И в этом случае ложные срабатывания устройства проявляются в виде ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1" на его втором выходе.
Цель изобретения - повышение надежности работы устройства путем устранения ложных срабатываний от нагретых металлических и неметаллических изделий и от посторонних источников инфракрасного излучения.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент, первый пороговый элемент, последовательно соединенные инфракрасный фотоприемник, установленный со стороны закрытого торца ферритового сердечника соосно с его центральным отверстием, формирователь импульсов, а также первый логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, а выход его является первым выходом устройства, инвертор, вход которого соединен со вторым входом первого логического элемента И, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу первого логического элемента И, второй вход - к выходу инвертора, а выход его является вторым выходом устройства, в него введены второй логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, выход - со входом инвертора, емкостной чувствительный элемент в виде токопроводящей пластины любой геометрической формы с центральным отверстием, геометрическая форма которого повторяет геометрическую форму наружной боковой поверхности ферритового сердечника, последовательно соединенные мультивибратор с включенным на его входе емкостным чувствительным элементом, детектор, второй пороговый элемент, выход которого соединен со вторым входом второго логического элемента И, при этом емкостной чувствительный элемент, установленный соосно с центральным отверстием ферритового сердечника и охватывающий своей внутренней торцевой поверхностью наружную боковую поверхность ферритового сердечника по всему ее периметру с зазором между этими поверхностями, индуктивный чувствительный элемент и инфракрасный фотоприемник образуют чувствительный элемент устройства, а плоскость открытого торца ферритового сердечника, плоскость оптического окна инфракрасного фотоприемника и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону и установленные параллельно, образуют чувствительную поверхность устройства.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема взаимного расположения индуктивного и емкостного чувствительных элементов, инфракрасного фотоприемника и контролируемого изделия; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых металлических изделий в режиме идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых неметаллических изделий в режиме идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий.
Устройство содержит (см. фиг.1) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, размещенной в кольцевом пазу чашки ферритового сердечника 3 с центральным отверстием со стороны его открытого торца, высокочастотный генератор электрических колебаний 4, выполненный, например, по схеме индуктивной трехточки, причем выходы индуктивного чувствительного элемента 1 подключены к цепям его колебательного контура, первый пороговый элемент 5, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора электрических колебаний 4, первый логический элемент 2И 6, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента 5, первую выходную клемму 7, подключенную к выходу первого логического элемента 6 и являющуюся первым выходом устройства, инфракрасный фотоприемник 8, формирователь импульсов 9, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, ко входу которого подключен выход инфракрасного фотоприемника 8, емкостной чувствительный элемент 10, последовательно включенные мультивибратор 11, ко входу которого подключен емкостной чувствительный элемент 10, выполненный, например, по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на основе операционного усилителя (см. книгу Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. радио, 1974, с.175, рис.4.42, а), детектор 12, выполненный, например, по схеме диодного пассивного преобразователя амплитудных значений переменного напряжения в постоянное с последовательным включением выпрямительного диода с выходной нагрузкой в виде параллельной RC-цепочки (см. книгу Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М.: Сов. радио, 1977, с.174, рис.4.9, б), второй пороговый элемент 13, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, а также второй логический элемент 2И 14, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов 9, второй вход - к выходу второго порогового элемента 13, выход - ко второму входу первого логического элемента 2И 6, инвертор 15, вход которого соединен с выходом второго логического элемента 14, логический элемент 2ИЛИ-НЕ 16, первый вход которого подключен к выходу первого логического элемента 2И 6, второй вход - к выходу инвертора 15, вторую выходную клемму 17, соединенную с выходом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и являющуюся вторым выходом устройства.
Инфракрасный фотоприемник 8 выполнен, например, по схеме, состоящей из усилителя постоянного тока на основе операционного усилителя, инфракрасного фотодиода, включенного в фотодиодном режиме на вход операционного усилителя (см. книгу Аксененко М.Д. и др. Микроэлектронные фотоприемные устройства / М.Д.Аксененко, М.Л.Бараночников, О.В.Смолин. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 208 с., ил., с.83, рис.4.11, Б), и транзисторного эмиттерного повторителя с открытым эмиттерным выходом, вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, а его открытый эмиттерный выход является выходом инфракрасного фотоприемника. Индуктивный чувствительный элемент 1 включает в себя катушку индуктивности 2, ферритовый сердечник 3, выполненный в виде чашки, имеющей открытый и закрытый торцы. Со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 3 установлена обмотка катушки индуктивности 2. У открытого торца чашки ферритового сердечника 3 при подаче высокочастотного сигнала на катушку индуктивности 2 с генератора 4 образуется в воздушном пространстве высокочастотное электромагнитное поле 23. Магнитный поток этого поля замыкается через воздушное пространство между внутренним кольцевым выступом чашки, установленным внутри центрального отверстия катушки индуктивности 2, и наружным кольцевым выступом чашки, охватывающем своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности 2 по ее периметру. При этом перед закрытым торцом чашки в воздушном пространстве высокочастотное электромагнитное поле не возникает, так как его магнитный поток замыкается внутри нее через сплошной слой феррита, образующий закрытый торец чашки, т.е. происходит экранирование этим слоем электромагнитного поля со стороны закрытого торца чашки ферритового сердечника 3.
Емкостной чувствительный элемент 10, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора 11, является одной из обкладок частотозадающего "раскрытого конденсатора", второй обкладкой которого являются электрические цепи общей "земли" мультивибратора 11 и устройства в целом, и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора 11 (см. журнал "Радио", №10, 2002, с.38, рис.1; с.39, рис.3). При этом емкостной чувствительный элемент 10 выполнен в виде токопроводящей пластины с центральным отверстием, геометрическая форма которого совпадает с геометрической формой наружной боковой поверхности ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1. Причем емкостной чувствительный элемент 10 установлен соосно с центральным отверстием ферритового сердечника 3 таким образом, что между его внутренней торцевой поверхностью и наружной боковой поверхностью ферритового сердечника 3 по всему ее периметру имеется гарантированный зазор. Причем ширина зазора выбирается таким образом, чтобы исключить взаимодействие с емкостным чувствительным элементом 10 потока рассеяния электромагнитного поля 23 катушки индуктивности 2, существующего непосредственно у передней кромки наружной боковой поверхности ферритового сердечника 3 со стороны его открытого торца. Поэтому наличие такого зазора исключает возможность внесения нежелательного дополнительного затухания в колебательный контур высокочастотного генератора электрических колебаний 4. Это, в свою очередь, исключает возможность снижения добротности колебательного контура генератора 4 и нарушения его режима генерации электрических колебаний, приводящего к нарушению работоспособности устройства. При этом емкостной чувствительный элемент может быть выполнен различной геометрической формы, например треугольной, квадратной, прямоугольной, пяти- или шестиугольной и другой формы, т.е. любой геометрической формы, которая обеспечивала бы размером своей площади образование при взаимодействии его с контролируемым изделием электрического конденсатора с необходимым значением электрической емкости, достаточной для возникновения режима генерации электрических колебаний мультивибратора 11. Причем емкостной чувствительный элемент 10, охватывающий своей внутренней торцевой поверхностью наружную боковую поверхность ферритового сердечника 3 по всему ее периметру, индуктивный чувствительный элемент 1 и инфракрасный фотоприемник 8 образуют чувствительный элемент устройства, а плоскость открытого торца ферритового сердечника 3, плоскость оптического окна инфракрасного фотоприемника 8 и одна из плоскостей емкостного чувствительного элемента 10, направленные в одну сторону и установленные параллельно, образуют чувствительную поверхность устройства.
Такое взаимное расположение в пространстве инфракрасного фотоприемника 8, емкостного чувствительного элемента 10, индуктивного чувствительного элемента 1 и контролируемого изделия 18 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 19 (20) относительно чувствительного элемента устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электрического поля 22, электромагнитного поля 23 и в пределах расстояния чувствительности фотоприемника 8 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 18 с электрическим полем 22 емкостного чувствительного элемента 10, с электромагнитным полем 23 у открытого торца ферритового сердечника 3 и с оптическим окном фотоприемника 8. Это, в свою очередь, обеспечивает:
1) последовательно сначала взаимодействие с электрическим полем 22, потом пересечение электромагнитного поля 23, оставаясь при этом в зоне действия электрического поля 22, и затем, оставаясь в зонах действия электрического и электромагнитного полей 22 и 23, засвечивание фотоприемника 8 нагретым контролируемым металлическим или неметаллическим изделием 18 своим инфракрасным излучением 21, далее, продолжая оставаться в зонах действия электрического и электромагнитного полей 22 и 23, выход за пределы оптического окна фотоприемника 8 и его затемнение, затем, оставаясь в зоне действия электрического поля 22 и оставляя фотоприемник в затемненном состоянии, выход из зоны действия электромагнитного поля 23, и, наконец, на последнем отрезке своего перемещения выход из зоны действия электрического поля 22 и, следовательно, выход контролируемого изделия 18 из зоны чувствительной поверхности устройства;
таким образом, при засвечивании нагретым контролируемым изделием 18 фотоприемника 8 происходит формирование на выходе формирователя импульсов 9 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной времени нахождения нагретого металлического или нагретого неметаллического контролируемого изделия в зоне чувствительной поверхности устройства, начиная с момента засветки фотоприемника 8 и до момента его затемнения;
2) при пересечении контролируемым нагретым металлически изделием 18 электромагнитного поля 23 происходит на выходе первого порогового элемента 5 формирование импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электромагнитном поле 23 индуктивного чувствительного элемента 1;
3) при пересечении контролируемым нагретым металлическим или неметаллическим изделием 18 электрического поля 22 происходит на выходе второго порогового элемента 13 формирование импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электрическом поле 22 емкостного чувствительного элемента 10;
4) получение на выходе второго порогового элемента 13 импульса длительностью всегда большей, чем длительность каждого импульса на выходах первого порогового элемента 5 и формирователя импульсов 9;
5) получение на выходе первого порогового элемента 5 импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью всегда большей, чем длительность импульса на выходе формирователя импульсов 9;
6) расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс порогового элемента 13 большей длительности всегда "охватывал" выходные импульсы меньшей длительности первого порогового элемента 5 и формирователя импульсов 9 и чтобы в то же время выходной импульс первого порогового элемента 5, длительность которого больше, чем длительность выходного импульса формирователя 9, всегда "охватывал" выходной импульс последнего.
Такое взаимное расположение инфракрасного фотоприемника, индуктивного и емкостного чувствительных элементов и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием, а также соответствующая обработка предложенной схемой устройства их выходных сигналов позволяют реализовать принцип действия устройства в режиме идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий с повышенной надежностью работы устройства, т.е. производить распознавание металлических и неметаллических изделий с учетом их термического состояния и вида материала с повышенной надежностью.
Устройство работает следующим образом.
После подачи напряжения питания в момент нахождения контролируемого изделия 18 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.2) мультивибратор 11 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, на входе и выходе детектора 12, на входе порогового элемента 13 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". В результате пороговый элемент 13 устанавливается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на втором входе логического элемента 2И 14 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0" (см. фиг.3, фиг.4). Вместе с тем генератор 4 переходит в режим генерации электрических высокочастотных колебаний, постоянная составляющая тока которых на его выходе создает падение напряжения, превышающее входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 5. При этом последний переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.3, фиг.4), которое подается на первый вход логического элемента 2И 6. При этом инфракрасный фотоприемник 8 находится в затемненном состоянии, и на выходе формирователя 9 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0" (см. фиг.3, фиг.4), которое подается на первый вход логического элемента 2И 14. Так как на обоих входах логического элемента 2И 14 установлены напряжения U1, U3 с уровнями логического "0", на его выходе устанавливается напряжение U4 также с уровнем логического "0", которое подается на вход инвертора 15 и на второй вход логического элемента 2И 6. В результате на выходе логического элемента 2И 6 и на первой выходной клемме 7 устанавливается напряжение U6 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16. В то же время на выходе инвертора 15 устанавливается напряжение U5 с уровнем логической "1", которое подается на второй вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16. Так как на первый вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 подается разрешающее инвертирование напряжение U6 с уровнем логического "0", по второму его входу происходит инвертирование им напряжения U5 с уровнем логической "1" в напряжение U7 с уровнем логического "0", которое проходит на выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и на выходную клемму 17.
Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 18 находится за пределами зоны чувствительной поверхности устройства, а на выходных клеммах 7 и 17 устанавливаются соответственно напряжения U6 и U7 с уровнями логического "0", и устройство готово к первому циклу идентификации нагретых металлических или нагретых неметаллических изделий в режиме идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме идентификации нагретых металлических и неметаллических изделий, при котором контролируемое изделие 18 (см. фиг.2) перемещается параллельно чувствительной поверхности устройства в пределах зон действия электрического поля 22, электромагнитного поля 23 и в пределах расстояния чувствительности инфракрасного фотоприемника 8 в одном из направлений по стрелке 19 или 20.
При перемещении в направлении стрелки 19 (20) в зону чувствительной поверхности устройства, например нагретого металлического изделия 18, оно входит в зону действия электрического поля 22 емкостного чувствительного элемента 10 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 11 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 11 преобразуется детектором 12 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 13. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.3), которое подается на второй вход логического элемента 14. При этом уровень логической "1" напряжения U1 на выход логического элемента 14 не проходит, так как на его первый вход подается с выхода формирователя 9 напряжение U3 с уровнем логического "0", поэтому на втором входе логического элемента 6 и на входе инвертора 15 продолжает оставаться напряжение U4 с уровнем логического "0", и описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3 в остальных точках схемы, установившиеся до момента входа контролируемого изделия 18 в зону действия электрического поля 22, не изменились.
Затем контролируемое изделие входит в зону действия электромагнитного поля 23. При этом происходит срыв генерации генератора 4 вследствие внесения существенного затухания в его колебательный контур контролируемым изделием 18. В результате резко уменьшается составляющая постоянного напряжения на выходе генератора и, когда его значение оказывается ниже входного порогового значения напряжения триггера порогового элемента 5, последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 (см. фиг.3) с уровнем логической "1", которое подается на первый вход логического элемента 6. Но на его выход и на выходную клемму 7 уровень логической "1" не проходит, так как на втором входе логического элемента 6 установлено напряжение U4 с уровнем логического "0" с выхода логического элемента 14.
При дальнейшем перемещении контролируемого изделия 18 в выбранном направлении оно, оставаясь в зонах действия электрического и электромагнитного полей 22 и 23, перекрывает оптическое окно фотоприемника 8 и засвечивает его. В результате на выходе фотоприемника 8 и на входе формирователя 9 устанавливается напряжение с уровнем логической "1", под действием которого формирователь 9 переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 14 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1". Так как на обоих входах логического элемента 14 установлены напряжения U1 и U3 с уровнями логической "1", на его выходе и на втором входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1". Так как на обоих входах логического элемента 6 установлены напряжения U2 и U4 с уровнями логической "1", на его выходе, на первом входе логического элемента 16 и на выходной клемме 7 устройства устанавливается напряжение U6 с уровнем логической "1". При этом уровень логической "1" напряжения U4 с выхода логического элемента 14, проходя через инвертор 15, инвертируется им в напряжение U5 с уровнем логического "0" и подается на второй вход логического элемента 16. Напряжение U6 с уровнем логической "1" с выхода логического элемента 6 логическим элементом 16 инвертируется и проходит на его выход и на выходную клемму 17 устройства в виде напряжения U7 с уровнем логического "0", так как на втором входе логического элемента 16 с выхода инвертора 15 установлено напряжение U5 с уровнем логического "0", разрешающее инвертирование и прохождение.
Через некоторый промежуток времени контролируемое изделие 18, находясь в зонах действия электрического и электромагнитного полей 22 и 23, выходит за пределы оптического окна фотоприемника 8 и затемняет его. В результате формирователь 9 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 14. Под действием этого напряжения логический элемент 14 переключается, и на его выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0", которое подается на второй вход логического элемента 6. Последний под действием напряжения U4 с уровнем логического "0" также переключается, и на его выходе устанавливается напряжение U6 с уровнем логического "0". При этом уровень логического "0" напряжения U4 с выхода логического элемента 14, проходя через инвертор 15, инвертируется им в напряжение U5 с уровнем логической "1" и подается на второй вход логического элемента 16. Напряжение U5 с уровнем логической "1" с выхода инвертора 15 логическим элементом 16 инвертируется и проходит на его выход и на выходную клемму 17 устройства в виде напряжения U7 с уровнем логического "0", так как на его первый вход с выхода логического элемента 6 подается напряжение U6 с уровнем логического "0", разрешающее инвертирование и прохождение.
Далее контролируемое изделие 18, оставляя фотоприемник 8 в затемненном состоянии и находясь в зоне действия электрического поля 22, выходит из зоны действия электромагнитного поля 23. В результате генератор 4 снова переходит в режим генерации колебаний, т.е. в исходное состояние, в результате пороговый элемент 5 также переключается в исходное состояние, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 6 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0". После чего описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.4 в остальных его точках схемы, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия 18 из зоны действия электромагнитного поля 23 не изменились, так как переключения логических элементов 6 и 14 не происходит.
И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 18 выходит за пределы действия зоны электрического поля 22. После чего мультивибратор 11 переходит в заторможенное состояние, т.е. устанавливается в исходное состояние, при котором пороговый элемент 13 также устанавливается в исходное состояние, при котором на его выходе и на втором входе логического элемента 14 подтверждается установившийся ранее уровень логического "0" напряжения U1. После чего описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.3 в остальных его точках схемы, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия из зоны действия электрического поля 22, не изменились, так как переключения логических элементов 6 и 16 не происходит. Схема устройства окончательно устанавливается в исходное состояние, и на этом цикл идентификации нагретого металлического изделия заканчивается. При повторном прохождении нагретого металлического контролируемого изделия 18 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.3, цикл идентификации нагретого металлического изделия повторяется.
Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического изделия на выходной клемме 7 устройства отрабатывается потенциальный информационный сигнал напряжения U6 с уровнем логической "1" об его идентификации, а на выходной клемме 17 устройства при этом присутствует напряжение U7 с уровнем логического "0".
В случае перемещения в направлении стрелки 19 (20) в зону чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия 18, оно входит в зону действия электрического поля 22 емкостного чувствительного элемента 10 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 11 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Амплитуда выходных импульсов мультивибратора 11 преобразуется детектором 12 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает входное пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 13. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на второй вход логического элемента 14. При этом уровень логической "1" напряжения U1 на выход логического элемента 14 не проходит, так как на его первый вход подается с выхода формирователя 9 напряжение U3 с уровнем логического "0", поэтому на втором входе логического элемента 6 и на входе инвертора 15 продолжает оставаться напряжение U4 с уровнем логического "0".
Затем при пересечении нагретым неметаллическим контролируемым изделием 18 электромагнитного поля 23 формирования генератором 4 и пороговым элементом 5 импульса напряжения U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.4) не происходит, так как оно существенного затухания в колебательный контур генератора 4 не вносит. В результате чего на выходе логического элемента 6, на первом входе логического элемента 16 и выходной клемме 7 формирования импульса напряжения U6 не происходит, поэтому на них по-прежнему будет оставаться напряжение U6 с уровнем логического "0" до конца цикла идентификации контролируемого нагретого неметаллического изделия.
Далее контролируемое изделие 18, оставаясь в зонах действия электрического и электромагнитного полей 22 и 23, перекрывает оптическое окно фотоприемника 8 и засвечивает его инфракрасным излучением 21, в результате на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической "1", которое поступает на вход формирователя 9. Последний переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе и на первом входе логического элемента 14 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1" (см. фиг.4). Так как на обоих входах логического элемента 14 установлены напряжения U1 и U3 с уровнями логической "1", на его выходе, на втором входе логического элемента 6 и на входе инвертора 15 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1", который на выход логического элемента 6, на первый вход логического элемента 16 и на выходную клемму 7 не проходит, так как на первом входе логического элемента 6 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение. При этом происходит инвертирование уровня логической "1" напряжения U4 инвертором 15 в напряжение U5 с уровнем логического "0", которое подается на второй вход логического элемента 16, инвертируется им и проходит на его выход и на выходную клемму 17 устройства в виде напряжения U7 с уровнем логической "1", так как на первый вход логического элемента 16 с выхода логического элемента 6 подано напряжение U6 с уровнем логического "0", разрешающее инвертирование и прохождение.
Через некоторый промежуток времени контролируемое изделие 18, находясь в зонах действия электрического и электромагнитного полей 22 и 23, выходит за пределы оптического окна фотоприемника 8 и затемняет его. В результате формирователь 9 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подается на первый вход логического элемента 14. Под действием этого напряжения логический элемент 14 переключается, и на его выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0", которое подается на второй вход логического элемента 6. Последний не переключается, и на его выходе подтверждается напряжение U6 с уровнем логического "0". При этом уровень логического "0" напряжения U4 с выхода логического элемента 14, проходя через инвертор 15, инвертируется им в напряжение U5 с уровнем логической "1" и подается на второй вход логического элемента 16. Напряжение U5 с уровнем логической "1" с выхода инвертора 15 логическим элементом 16 инвертируется и проходит на его выход и на выходную клемму 17 устройства в виде напряжения U7 с уровнем логического "0", так как на первый вход логического элемента 16 с выхода логического элемента 6 подается напряжение U6 с уровнем логического "0", разрешающее инвертирование и прохождение.
И на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 18 выходит за пределы действия зоны электрического поля 22. После чего мультивибратор 11 переходит в заторможенное состояние, т.е. устанавливается в исходное состояние, при котором пороговый элемент 13 также устанавливается в исходное состояние и на его выходе и на втором входе логического элемента 14 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0". После чего описанные состояния схемы устройства и диаграмм напряжений на фиг.4 в остальных его точках схемы, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия из зоны действия электрического поля 22, не изменились, так как переключения логических элементов 6 и 16 не происходит. Схема устройства окончательно устанавливается в исходное состояние, и на этом цикл идентификации нагретого неметаллического изделия заканчивается. При повторном прохождении нагретого неметаллического контролируемого изделия 18 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4, цикл идентификации нагретого неметаллического изделия повторяется.
Следовательно, при прохождении относительно чувствительной поверхности устройства нагретого неметаллического изделия на выходной клемме 17 устройства отрабатывается потенциальный информационный сигнал напряжения U7 с уровнем логической "1" об его идентификации, а на выходной клемме 7 устройства при этом присутствует напряжение U7 с уровнем логического "0".
Повышение надежности работы предлагаемого устройства путем устранения его ложных срабатываний на второй выходной клемме 17 при попадании в зону действия оптического окна фотоприемника 8 инфракрасного излучения от посторонних нагретых металлических и неметаллических предметов или от посторонних, например, технологических источников инфракрасного излучения в момент нахождения предлагаемого устройства в исходном состоянии и нахождения нагретого контролируемого изделия 18 за пределами действия чувствительного элемента устройства происходит следующим образом. При попадании в зону действия оптического окна фотоприемника 8 инфракрасного излучения от посторонних нагретых изделий или от источников инфракрасного излучения, находящихся за пределами действия зон электрического и электромагнитного полей 22 и 23, но в пределах расстояния чувствительности фотоприемника 8, происходит его засвечивание. В результате на выходе формирователя 9 происходит формирование импульса напряжения U3 с уровнем логической "1", который подается на первый вход логического элемента 14. Но на его выход и далее на выходную клемму 17 этот импульс не проходит, так как на втором входе логического элемента 14 при этом установлено с выхода порогового элемента 13 напряжение U1 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение этого ложного импульса.
Предлагаемое устройство также обладает повышенной надежностью работы за счет устранения его ложных срабатываний на выходной клемме 7 от посторонних нагретых и ненагретых металлических предметов, случайно попадающих в его зону действия электромагнитного поля 23. Это происходит следующим образом. При попадании в зону действия электромагнитного поля 23 постороннего металлического предмета генератором 4 и пороговым элементом 5 формируется импульс напряжения U2 с уровнем логической "1", который подается на первый вход логического элемента 6. Но на его выход и далее на выходную клемму 7 устройства этот импульс не проходит, так как на его втором входе с выхода логического элемента 14 установлено напряжение U4 с уровнем логического "0", запрещающее прохождение этого ложного импульса.
Таким образом, в рассмотренном режиме работы устройства потенциальный информационный сигнал на его первой выходной клемме 7 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства нагретого металлического изделия, а потенциальный информационный сигнал на второй выходной клемме 17 - прохождению нагретого неметаллического изделия, чем и обеспечивается идентификация (распознавание) нагретых металлических и неметаллических изделий и повышение надежности его работы.
В предлагаемом устройстве реализован потенциальный режим формирования информационных сигналов об идентифицируемых изделиях на его выходах, при котором в момент помещения контролируемого изделия в зону действия чувствительной поверхности устройства на его соответствующей выходной клемме устанавливается потенциал с уровнем логической "1", соответствующий информационному сигналу о положении контролируемого изделия, длительность которого определяется временем нахождения контролируемого изделия 18 в зоне действия чувствительного элемента устройства. Причем этот сигнал не исчезает как, например, в случае импульсного принципа формирования информационного сигнала о контролируемом изделии по перепадам напряжения (по его переднему или заднему фронту), а продолжает непрерывно отслеживать контролируемое изделие наличием потенциального уровня на соответствующем выходе устройства как при перемещении его в пределах чувствительной поверхности устройства, так и при нахождении контролируемого изделия в ней в неподвижном состоянии в течение неопределенного промежутка времени. Т. е. при этом имеет место однозначное соответствие потенциального информационного сигнала на соответствующей выходной клемме устройства положению контролируемого изделия в определенной точке пространства, где установлено предлагаемое устройство. Это, в свою, очередь, обеспечивает работу предлагаемого устройства в режиме контроля положения нагретых металлических и неметаллических изделий.
В режиме контроля положения нагретых металлических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения индуктивно-оптического типа. Работа устройства в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3. При этом потенциальный информационный сигнал снимается с выходной клеммы 7, а выходная клемма 17 не задействуется.
В режиме контроля положения нагретых неметаллических изделий устройство функционирует как бесконтактный датчик положения оптико-емкостного типа. Работа устройства в этом режиме описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. В этом случае потенциальный информационный сигнал снимается с выходной клеммы 17, а выходная клемма 7 не задействуется.