АДАПТИВНЫЙ ДАТЧИК ИДЕНТИФИКАЦИИ И КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ НАГРЕТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И НЕНАГРЕТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
ADAPTIVE TRANSDUCER FOR IDENTIFICATION AND POSITION CONTROL OVER HEATED AND COLD METAL ARTICLES

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий.
Известен адаптивный датчик идентификации и контроля положения изделий, содержащий чувствительную поверхность, логический элемент И, тактовый генератор, блок индикации, первую, вторую и третью выходные клеммы, являющиеся соответственно первым, вторым и третьим выходами адаптивного датчика, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу тактового генератора, второй вход - к первой выходной клемме (см. RU 2458322 С1, МПК G01D 5/12 (2006.01), опубликовано: 2012.08.10, бюл. №22).
Такой датчик позволяет производить идентификацию (распознавание) и контроль положения металлических изделий, т.е. позволяет производить контроль изделий только с учетом их вида материала, из которого они изготовлены, и не позволяет производить контроль изделий как с учетом их вида материала, так и с учетом их термического состояния, например, таких как нагретые металлические и ненагретые металлические изделия. В связи с этим такой датчик имеет ограниченные функциональные возможности при решении задач в части автоматизации производственных процессов, включающих такие технологические операции как идентификация и (или) контроль положения изделий.
Кроме того, в таком датчике сканирование его входов программирования функциональных возможностей осуществляется тремя значениями двухразрядного двоичного цифрового кода 00, 10 и 01, т.е. сканирование указанных его входов производится избыточным числом значений двухразрядного двоичного цифрового кода, при котором в процессе программирования функциональных возможностей этого датчика его значение 00 участия не принимает. При значении 00 указанного кода на входах программирования датчика изменения его функциональных возможностей не происходит, так как в этом случае, несмотря на нахождение контролируемого изделия в зоне чувствительности датчика, сигнал о контроле положения изделия на выходе датчика не отрабатывается, и он продолжает находиться в исходном состоянии. Таким образом, наличие избыточного значения 00 двухразрядного двоичного цифрового кода для сканирования входов программирования функциональных возможностей этого датчика приводит к снижению его быстродействия, что ухудшает его эксплуатационные характеристики.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является датчик идентификации и контроля положения нагретых металлических и ненагретых металлических изделий, содержащий последовательно соединенные генератор электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом, выполненным в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца чашки ферритового сердечника, и включенным в цепь его колебательного контура, пороговый элемент, а также логический элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй инфракрасные фотоприемники, формирователь импульсов, к входу которого подключены выходы инфракрасных фотоприемников, установленных с индуктивным чувствительным элементом вдоль прямой линии в одной плоскости, проходящей через ось симметрии чашки ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента, и расположены один относительно другого в двух диаметрально противоположных точках со стороны наружной боковой поверхности чашки ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента, который с инфракрасными фотоприемниками образует чувствительный элемент такого датчика, а поверхности оптических окон инфракрасных фотоприемников и поверхность открытого торца чашки ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, ориентированы параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность этого датчика (см. RU 2340869 С1, МПК G01B 27/00 (2006.01), опубликовано: 2008.12.10, бюл. №34).
Однако такой датчик имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет:
автоматически осуществлять трансформирование его функциональных возможностей, что не обеспечивает автоматизацию процесса контроля изделий на автоматизированном технологическом объекте эксплуатации;
осуществлять автоматическую адаптацию к нагретым и ненагретым металлическим изделиям;
- осуществлять визуальный контроль положения и идентификации нагретых и ненагретых металлических изделий, а также определять состояние работоспособности или отказа датчика при ремонте и проведении пусконаладочных работ на его объекте эксплуатации, потому что в нем отсутствует устройство визуализации для контроля положения и идентификации конкретного вида контролируемого им изделия, что наряду с ограничением функциональных возможностей дополнительно ухудшает его эксплуатационные характеристики.
Кроме того, такой датчик характеризуется двумя зонами его чувствительности - ближней и дальней зонами чувствительности вдоль оси симметрии индуктивного чувствительного элемента, совпадающей с осью симметрии чашки его ферритового сердечника. В ближней зоне чувствительности датчик обеспечивает идентификацию (распознавание) контролируемых изделий. В дальней зоне чувствительности такой датчик теряет свойство осуществлять идентификацию контролируемых изделий. Это приводит к снижению надежности его работы в режиме идентификации контролируемых изделий, когда такой датчик находится в исходном состоянии, при котором на его выходах установлены напряжения с уровнями логического "0", а контролируемые им изделия находятся за пределами чувствительной поверхности, из-за ложных его срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения, которыми могут быть нагретые металлические и неметаллические предметы и технологические источники инфракрасного излучения, случайно попадающие в пределы дальней зоны чувствительности такого датчика. При этом ложные его срабатывания проявляются в виде формирования на его второй выходной клемме ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1".
Решаемая изобретением задача - расширение функциональных возможностей с повышением надежности работы датчика и улучшение его эксплуатационных характеристик.
Решение указанной задачи достигается тем, что в известный датчик, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный. элемент, пороговый элемент, а также логический элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй инфракрасные фотоприемники, формирователь импульсов, к входу которого подключены выходы первого и второго инфракрасных фотоприемников, установленных с индуктивным чувствительным элементом вдоль прямой линии в одной плоскости, проходящей через ось симметрии ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента, и расположенных один относительно другого в двух диаметрально противоположных точках со стороны наружной боковой поверхности индуктивного чувствительного элемента, который с инфракрасными фотоприемниками образует чувствительный элемент датчика, а поверхность открытого торца ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента и поверхности оптических окон инфракрасных фотоприемников ориентированы параллельно друг другу, направлены в одну сторону и образуют чувствительную поверхность датчика, введены первый и второй логические элементы И, первый и второй блоки индикации, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго логических элементов И, первый и второй диоды, выводы анодов которых соединены с выходами соответственно первого и второго логических элементов И, тактовый генератор, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к выводам катодов диодов, точка соединения выводов катодов которых и второго входа логического элемента ИЛИ-НЕ является первым выходом датчика, счетный триггер, вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ - НЕ, прямой выход, являющийся вторым выходом датчика, - с первым входом первого логического элемента И, второй и третий входы которого подключены соответственно к прямому выходу формирователя импульсов и выходу порогового элемента, инверсный выход, являющийся третьим выходом датчика, - с первым входом второго логического элемента И, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу порогового элемента и инверсному выходу формирователя импульсов, причем логические сигналы прямого и инверсного выходов счетного триггера образуют двухразрядный двоичный цифровой код, значения 10 и 01 которого являются кодами идентификации соответственно нагретых металлических и ненагретых металлических контролируемых изделий, потенциальные информационные сигналы контроля положения которых отрабатываются на первом выходе датчика, а элементы индикации первого и второго блоков индикации выполнены с разноцветными свечениями.
На фиг.1 представлена функциональная схема адаптивного датчика; на фиг.2 - схема взаимного расположения инфракрасных фотоприемников, индуктивного чувствительного элемента и контролируемого изделия.
Адаптивный датчик содержит (см. фиг.1, фиг.2) индуктивный чувствительный элемент 1, выполненный в виде катушки индуктивности 2, помещенной в кольцевом пазу открытого торца чашки ферритового сердечника 3, генератор электрических колебаний 4, в цепь колебательного контура которого включен индуктивный чувствительный элемент 1, пороговый элемент 5 в виде триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу генератора 4, первый и второй инфракрасные фотоприемники 6, 7, формирователь импульсов 8 в виде триггера Шмитта, к входу которого подключены выходы инфракрасных фотоприемников 6 и 7, первый логический элемент И 9, второй логический элемент И 10, первый блок индикации 11, вход которого соединен с выходом первого логического элемента И 9, второй блок индикации 12, вход которого подключен к выходу второго логического элемента И 10, первый и второй диоды 13 и 14, выводы анодов которых соединены с выходами соответственно первого и второго логических элементов И 9, 10, тактовый генератор 15, логический элемент ИЛИ-НЕ 16, первый вход которого подключен к выходу тактового генератора 15, второй вход - к выводам катодов диодов 13, 14, счетный триггер 17, вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ 16, прямой выход - с первым входом первого логического элемента И 9, второй и третий входы которого подключены соответственно к прямому выходу формирователя импульсов 8 и выходу порогового элемента 5, инверсный выход счетного триггера 17 - к первому входу второго логического элемента И 10, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом порогового элемента 5 и инверсным выходом формирователя импульсов 8, первую выходную клемму 18, подключенную к точке соединения второго входа логического элемента ИЛИ-НЕ 16 и выводов катодов диодов 13, 14 и являющуюся первым выходом адаптивного датчика, вторую и третью выходные клеммы 19, 20, соединенные соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера 17 и являющиеся соответственно вторым и третьим выходами адаптивного датчика.
Генератор 15, элемент 16, триггер 17 с их соответствующими электрическими связями служат для формирования на прямом и инверсном выходах триггера 17 импульсов напряжений соответственно с уровнями логической "1" и логического "0" или логического "0" и логической "1", которые подаются на первые входы соответственно элементов 9 и 10. G помощью этих импульсов производится сканирование первых входов соответственно элементов 9 и 10 для трансформирования функциональных возможностей адаптивного датчика переменными значениями двухразрядного двоичного цифрового кода 10, 01, старший и младший разряды которого образуют логические сигналы соответственно прямого и инверсного выходов триггера 17. В результате происходит трансформирование функциональных возможностей адаптивного датчика: при значении этого кода 10 адаптивный датчик трансформируется в датчик идентификации и контроля положения нагретых металлических изделий, а при значении этого кода 01 - в датчик идентификации и контроля положения ненагретых металлических изделий. После чего цикл сканирования триггером 17 указанными значениями двухразрядного двоичного цифрового кода первых входов элементов 9 и 10 повторяется, что обеспечивает автоматическое трансформирование функциональных возможностей адаптивного датчика. При этом устраняется необходимость вмешательства оператора в процесс работы автоматизированного технологического объекта эксплуатации для смены двухразрядного двоичного цифрового кода вручную, например, с его пульта управления в случаях перехода с одного вида контролируемого изделия на другой его вид.
Наряду с этим в адаптивном датчике реализована автоматическая адаптация его к конкретному виду контролируемого изделия. При этом адаптация к одному или другому виду контролируемого изделия при смене одного его вида на другой без прерывания технологического процесса контроля автоматизированного технологического объекта эксплуатации осуществляется также самим адаптивным датчиком. Это достигается тем, что в нем значениям 10 и 01 двухразрядного двоичного цифрового кода, формируемого соответственно на прямом и инверсном выходах триггера 17, поставлено в однозначное соответствие им нагретое металлическое и ненагретое металлическое контролируемые изделия.
Вместе с тем в адаптивном датчике введена обратная электрическая связь с его выходной клеммы 18 на второй вход элемента 16, без которой невозможно было бы в полной мере обеспечить автоматическую адаптацию его к конкретному виду контролируемого изделия.
Так при отсутствии в адаптивном датчике обратной электрической связи с выходной клеммы 18 на второй вход элемента 16 невозможно обеспечить полную его адаптацию к конкретному виду контролируемого изделия, так как на выходной клемме 18 адаптивного датчика в этом случае появляется искаженный сигнал, несущий информацию о контроле положения изделия, и отсутствует блокирование элемента 16 в момент появления потенциального информационного сигнала контроля положения изделия на выходной клемме 18. В этом случае выходной сигнал адаптивного датчика на клемме 18 имеет импульсную форму и состоит из пачки импульсов, длительность которой равна времени нахождения контролируемого изделия 25 в зоне действия электромагнитного поля 21 индуктивного чувствительного элемента 1, а количество импульсов в пачке - частному от деления длительности нахождения контролируемого одного (другого) вида изделия в зоне действия электромагнитного поля 21 индуктивного чувствительного элемента 1 к периоду следования импульсов напряжения прямого (инверсного) выхода триггера 17.
Такое представление выходного сигнала адаптивного датчика в виде пачки импульсов потребовало бы большего объема программных и аппаратных средств для обработки результатов контроля положения и идентификации конкретного вида контролируемого изделия в микропроцессорных устройствах управления автоматизированным технологическим объектом эксплуатации, а также привело бы к снижению быстродействия адаптивного датчика. Это в свою очередь существенно ухудшило бы его эксплуатационные характеристики.
Наличие же в адаптивном датчике указанной обратной электрической связи обеспечивает формирование на его выходной клемме 18 в неискаженном виде потенциального информационного сигнала, несущего информацию о контроле положения изделия. Длительность такого сигнала соответствует времени нахождения контролируемого нагретого металлического (ненагретого металлического) изделия в зоне действия электромагнитного поля 21 индуктивного чувствительного элемента 1, и такой сигнал не требует дополнительной его обработки в микропроцессорных устройствах управления автоматизированным технологическим объектом эксплуатации.
Таким образом, наличие обратной электрической связи с выхода адаптивного датчика на второй вход элемента 16 обеспечивает:
- автоматическую адаптацию адаптивного датчика к нагретому металлическому или к ненагретому металлическому контролируемому им изделию;
- формирование на выходной клемме 18 адаптивного датчика информационного потенциального сигнала в виде одного сплошного импульса напряжения с уровнем логической "1" и устранение тем самым возможности формирования на его выходе искаженного информационного сигнала в виде пачки импульсов напряжения с уровнем логической "1".
Выходные клеммы 19, 20 адаптивного датчика предназначены для передачи текущих значений двухразрядного двоичного цифрового кода об идентификации нагретых металлических или ненагретых металлического изделий из зоны их контроля на пульт управления автоматизированного технологического объекта эксплуатации для дальнейшей автоматической обработки результатов контроля изделий в его микропроцессорных устройствах управления и получения визуальной информации о результатах контроля адаптивным датчиком соответствующих видов контролируемых изделий.
При этом использование в составе пульта управления автоматизированного технологического объекта эксплуатации, например, второго комплекта блоков 11, 12 индикации и выходных сигналов клемм 18, 19, 20 (см. фиг.1) позволяет получать дистанционно от адаптивного датчика визуальную информацию о контроле положения или об идентификации им нагретого металлического или ненагретого металлического изделия и определять состояние работоспособности или отказа адаптивного датчика при ремонте и проведении пусконаладочных работ на автоматизированном технологическом объекте эксплуатации.
Каждый инфракрасный фотоприемник 6, 7 выполнен, например, по схеме, состоящей из усилителя постоянного тока на основе операционного усилителя, инфракрасного фотодиода, включенного в фотодиодном режиме на вход операционного усилителя (см. кн.: 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. Спектральная характеристика каждого фотоприемника 6, 7 согласована со спектральным диапазоном инфракрасного излучения контролируемого нагретого металлического изделия 25.
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 21. 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 сердечника через сплошной слой феррита, образующего закрытый торец чашки, т.е. происходит экранирование этим слоем электромагнитного поля со стороны закрытого торца ферритового сердечника 3.
Индуктивный чувствительный элемент 1 и инфракрасные фотоприемники 6, 7, установлены вдоль прямой линии в одной плоскости, проходящей через ось симметрии чашки ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1. Инфракрасные фотоприемники расположены один относительно другого в двух диаметрально противоположных точках со стороны наружной боковой поверхности чашки ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1 (см. фиг.2), который с инфракрасными фотоприемниками 6, 7 образует чувствительный элемент адаптивного датчика, а поверхности оптических окон инфракрасных фотоприемников 6, 7 и поверхность открытого торца чашки ферритового сердечника 3 индуктивного чувствительного элемента 1, направленные в одну сторону, ориентированы параллельно друг другу и образуют чувствительную поверхность адаптивного датчика.
При таком взаимном расположении элементов чувствительного элемента адаптивного датчика он и, следовательно, адаптивный датчик в целом характеризуется двумя зонами чувствительности - ближней и дальней зонами чувствительности. В ближней зоне чувствительности в пределах стрелки 22, в которой одновременно действуют электромагнитное поле 21 индуктивного чувствительного элемента 1 и зоны 24, 23 чувствительности фотоприемников 6, 7, осуществляется идентификация (распознавание) контролируемых изделий 25. В дальней зоне чувствительности в пределах стрелки 26, в которой действуют только зоны 24, 23 чувствительности фотоприемников 6, 7 и которая ограничена концом границы ближней зоны чувствительности адаптивного датчика и расстоянием предельной чувствительности инфракрасных фотоприемников 6, 7, адаптивный датчик теряет свойство идентификации (распознавания) контролируемых изделий 25. Но в этой зоне адаптивного датчика в условиях производственных технологических процессов могут находиться различные посторонние источники инфракрасного излучения, которыми могут быть нагретые металлические и неметаллические предметы и технологические источники инфракрасного излучения, например, оптические датчики с открытым оптическим каналом или метрологическое оборудование с измерительными генераторами инфракрасного излучения. Такие источники, воздействуя своим инфракрасным излучением на чувствительные элементы фотоприемников 6, 7, могут вызывать ложные срабатывания адаптивного датчика, проявляющиеся в виде формирования на выходной клемме 18 ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1", что привело бы к снижению надежности его работы.
Кроме того, в пределах ближней зоны чувствительности адаптивного датчика могут случайно попадать в зоны 24, 23 фотоприемников 6, 7, например, посторонние нагретые металлические и неметаллические предметы и вызывать у него ложные срабатывания, которые проявляются также в виде формирования на его первом выходе ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1". Поэтому взаимное расположение элементов чувствительного элемента адаптивного датчика, его схемное решение и алгоритм обработки сигналов фотоприемников 6, 7 и индуктивного чувствительного элемента 1 выбраны с учетом наличия указанных мешающих факторов таким образом, чтобы устранить ложные срабатывания адаптивного датчика.
Такое взаимное расположение в пространстве инфракрасных фотоприемников 6, 7, индуктивного чувствительного элемента 1 и контролируемого изделия 25 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелки 27 (28) относительно чувствительного элемента адаптивного датчика параллельно его чувствительной поверхности в пределах ближней зоны чувствительности адаптивного датчика всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 25 с зоной 24 (23) фотоприемника 6 (7), электромагнитным полем 21 и зоной 23 (24) фотоприемника 7 (6).
Генератор 4 выполнен, например, на основе транзистора по схеме автогенератора электрических колебаний с индуктивной трехтонкой, в котором индуктивный чувствительный элемент 1 включен в цепь его колебательного контура (см. кн.: Виленский П.И., Срибнер Л.А. Бесконтактные путевые выключатели. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 80 с, ил. - (Библиотека по автоматике; Вып.654), стр.20, рис.10, а; стр.38, рис.25).
Генератор 15 является тактовым генератором для триггера 17 и выполнен, например, на основе мультивибратора по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на операционном усилителе (см. кн.: Шило В.Л. Линейные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. Радио, 1974, с.175, рис.4.42, а).
Блоки 11 и 12 индикации служат для формирования визуальных информационных сигналов, несущих информацию об идентификации и контроле положения соответственно нагретого металлического и ненагретого металлического изделий, контролируемых адаптивным датчиком, а также для определения состояния работоспособности или отказа адаптивного датчика при ремонте и проведении пусконаладочных работ на объекте его эксплуатации.
Блоки 11 и 12 индикации выполнены, например, на основе (см. фиг.1) последовательно соединенных резистора, подключенного первым выводом к выходу элемента 9 или к выходу элемента 10, и светодиода, катод которого подключен к общей "земле" схемы адаптивного датчика. Светодиоды блоков 11, 12 являются элементами индикации и имеют разные цвета свечения. В блоках индикации 11, 12 светодиоды выполнены с разноцветностью их свечения для того, чтобы получать достоверную визуальную информацию о режимах работы адаптивного датчика, об идентификации или о контроле положения конкретного вида контролируемого изделия.
Диоды 13, 14 предназначены для развязки выходов элементов 9, 10, входов блоков 11, 12 и клеммы 18 между собой, устраняющей одновременное засвечивание светодиодов блоков 11, 12, при одновременном засвечивании которых в случае отсутствия диодов 13, 14 невозможно было бы получить визуальную информацию об идентификации или о контроле положения конкретного вида контролируемого изделия.
При описании работы адаптивного датчика подразумевается, что между выходной клеммой 18 и его общей шиной источника напряжения питания подключено нагрузочное сопротивление (на фиг.1 не показано), чтобы логические уровни напряжений на его выходной клемме 18, приводимые ниже в тексте, реально соответствовали логическим уровням напряжений на выходной клемме 18 схемы, приведенной на фиг.1.
Адаптивный датчик работает следующим образом. В момент подачи напряжения питания на адаптивный датчик контролируемое изделие 25 находится вне зоны действия его чувствительной поверхности (см. фиг.2). После подачи на адаптивный датчик напряжения питания фотоприемники 6, 7 переходят в затемненное состояние. В результате формирователь 8 устанавливается в такое состояние, при котором на его прямом и инверсном выходах устанавливаются напряжения соответственно с уровнями логического "0" и логической "1", которые подаются соответственно на второй вход элемента 9 и третий вход элемента 10. Вместе с тем генератор 4 переходит в режим генерации электрических колебаний, при котором на его выходе и входе элемента 5 устанавливается напряжение с уровнем логической "1", а на выходе элемента 5, втором входе элемента 10 и третьем входе элемента 9 - напряжение с уровнем логического "0". При этом на выходе элемента 9, входе блока 11, аноде диода 13 и выходе элемента 10, входе блока 12, аноде диода 14 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0", так как на второй и третий входы элемента 9 поданы соответственно с прямого выхода формирователя 8 и выхода элемента 5 напряжения с уровнями логического "0", на второй вход элемента 10 - с выхода элемента 5 напряжение с уровнем логического "0". В результате светодиоды блоков 11, 12 переходят в погашенное состояние, а на клемме 18 и втором входе элемента 16 устанавливается напряжение с уровнем логического "0", так как при этом выходы элементов 9, 10 включены через диоды 13, 14 по схеме "МОНТАЖНОЕ ИЛИ". Наряду с этим генератор 15 переходит в режим генерации электрических колебаний, при котором на его выходе и первом входе элемента 16 появляется непрерывная последовательность прямоугольных импульсов напряжения, которые, проходя через первый вход элемента 16, инвертируются им и проходят на его выход и вход триггера 17 в виде непрерывной последовательности импульсов напряжения, так как на втором входе элемента 16 установлено с клеммы 18 напряжение с уровнем логического "0", разрешающее их прохождение на вход триггера 17. После чего триггер 17 переходит в режим счета импульсов по модулю два. В результате на прямом и инверсном выходах триггера 17 формируются последовательно значения двухразрядного двоичного цифрового кода, равные 10, 01, которыми сканируются первые входы соответственно элементов 9 и 10. В процессе сканирования двухразрядным двоичным цифровым кодом первых входов элементов 9 и 10 их переключения не происходит, так как на второй и третий входы элемента 9 поданы соответственно с прямого выхода формирователя 8 и выхода элемента 5 напряжения с уровнями логического "0", запрещающие его переключение, на второй вход элемента 10 - с выхода элемента 5 напряжение с уровнем логического "0", запрещающее его переключение. В результате на выходах элементов 9, 10 продолжают присутствовать напряжения с уровнями логического "0", а на клемме 18 и втором входе элемента 16 - напряжение с уровнем логического "0".
Таким образом, после подачи напряжения питания адаптивный датчик устанавливается в исходное состояние, при котором на выходной клемме 18 устанавливается напряжение с уровнем логического "0", генераторы 4, 15 находятся в режимах генерации электрических колебаний, триггер 17 производит сканирование первых входов элементов 9, 10 значениями 10 и 01 двухразрядного двоичного цифрового кода, на выходе элемента 5 установлено напряжение с уровнем логического "0", на прямом и инверсном выходах формирователя 8 установлены напряжения соответственно с уровнями логического "0" и логической "1", светодиоды блоков 11, 12 находятся в погашенном состоянии, а контролируемое изделие 25 находится вне зоны действия чувствительной поверхности адаптивного датчика. При этом адаптивный датчик готов к первому циклу контроля нагретого металлического или ненагретого металлического изделия.
Далее рассмотрим работу адаптивного датчика в двух режимах: в режиме контроля нагретых металлических и в режиме контроля ненагретых металлических изделий. При этом контролируемое изделие 25 (см. фиг.2) перемещается в радиальном направлении параллельно чувствительной поверхности адаптивного датчика в пределах его ближней зоны чувствительной по стрелке 27 или 28.
При перемещении контролируемого нагретого металлического (ненагретого металлического) изделия 25 по стрелке 27 (28) оно входит в зону действия электромагнитного поля 21 индуктивного чувствительного элемента 1, например, в момент времени, когда на прямом и инверсном выходах триггера 17 установлено текущее значение двухразрядного двоичного цифрового кода 10 (01), на выходе элемента 9 (10) и клемме 18 формируются положительные перепады напряжений. По положительным перепадам выходного напряжения элемента 9 (10) и напряжения на клемме 18 происходит соответственно засвечивание светодиода блока 11 (12) и блокирование элемента 16 по его второму входу напряжением с уровнем логической "1", поданным с клеммы 18. После чего прохождение импульсов напряжения с уровнем логической "1" с выхода элемента 16 на вход триггера 17 прекращается. В результате на выходах последнего происходит фиксирование текущего значения 10 (01) двухразрядного двоичного цифрового кода на время нахождения в электромагнитном поле 21 нагретого металлического (ненагретого металлического) изделия 25. При этом в течение этого времени адаптивный датчик трансформируется в датчик идентификации контроля положения нагретых металлических (ненагретых металлических) изделий, и на его клемме 18 отрабатывается потенциальный информационный сигнал напряжения с уровнем логической "1", несущий информацию о контроле положения адаптивным датчиком нагретого металлического (ненагретого металлического) изделия 25, так как в течение всего времени нахождения изделия 25 в электромагнитном поле 21 сохраняется фиксированное значение 10 (01) двухразрядного двоичного цифрового кода, старший и младший разряды которого подаются соответственно с прямого и инверсного выходов триггера 17 на вторую и третью выходные клеммы 19 и 20. В момент времени, когда нагретое (ненагретое) металлическое изделие 25 выходит из электромагнитного поля 21, на выходе элемента 9 (10) и клемме 18 формируются отрицательные перепады напряжений, на клемме 18 формирование потенциального информационного сигнала напряжения в виде импульса напряжения с уровнем логической "1", несущего информацию о контроле положения нагретого (ненагретого) металлического изделия 25, заканчивается. В результате по отрицательным перепадам напряжений на выходе элемента 9 (10) и клемме 18 происходит соответственно переход светодиода блока 11 (12) в погашенное состояние и деблокирование элемента 16 по его второму входу напряжением с уровнем логического "0", поданным с клеммы 18. При этом по отрицательному перепаду напряжения на клемме 18 работа триггера 17 возобновляется, и он переходит в режим автоматического сканирования первых входов элементов 9, 10. В момент выхода изделия 25 из зоны 23 (24) адаптивный датчик устанавливается в исходное состояние, описанное выше после подачи на него напряжения питания. При повторном перемещении нагретого металлического (ненагретого металлического) изделия 25 по стрелке 27 (28) описанный выше цикл его контроля повторяется.
Работа адаптивного датчика в случае перемещения изделия 25 в осевом направлении по стрелке 30 последовательно в его дальнюю и ближнюю зоны чувствительности и обратно в его исходное положение аналогична его работе, описанной выше при перемещении изделия 25 в радиальном направлении по стрелке 27 (28), так как последовательность переключения формирователя 8 и элемента 5 при осевом перемещении изделия 25 идентична последовательности их переключения при радиальном его перемещении.
Следовательно, в рассмотренных первом и втором режимах работы адаптивного датчика сигналы на его выходной клемме 18 однозначно соответствуют потенциальным информационным сигналам напряжений с уровнями логической "1", несущим информацию только о контроле положения соответственно нагретого металлического и ненагретого металлического изделий, а двухразрядные двоичные цифровые коды 10 и 01 на выходных клеммах 19, 20 и светодиоды блоков 11 и 12 в засвеченном состоянии однозначно соответствуют цифровому и визуальному информационным сигналам, несущим информацию только об идентификации соответственно нагретого металлического и ненагретого металлического изделий.
Повышение надежности работы адаптивного датчика путем устранения его ложных срабатываний от попадающих в дальнюю зону его чувствительности посторонних источников инфракрасного излучения, которыми являются посторонние нагретые металлические и неметаллические предметы и технологические источники инфракрасного излучения, обеспечивается следующим образом.
При попадании инфракрасного излучения от посторонних источников в зону 24 (23) чувствительности фотоприемника 6 (7) или в зоны 24, 23 чувствительности обоих фотоприемников 6, 7 происходит его или их засвечивание в момент нахождения адаптивного датчика в исходном состоянии, при котором контролируемое изделие 25" находится за пределами его чувствительной поверхности. В результате происходит переключение формирователя 8 и формирование на его прямом и инверсном выходах ложных импульсов напряжений соответственно с уровнями логической "1" и логического "0", которые подаются соответственно на второй и третий входы элементов 9 и 10. Но под действием импульса напряжения с уровнем логической "1" переключения логического элемента И 9 и формирования на его выходе ложного импульса напряжения с уровнем логической "1" не происходит, и он продолжает находиться в исходном состоянии, соответствующем исходному состоянию схемы адаптивного датчика, так как на его третьем входе присутствует выходное напряжение с уровнем логического "0" элемента 5, запрещающее его переключение. Вместе с тем поданный с инверсного выхода формирователя 8 ложный импульс напряжения с уровнем логического "0" лишь подтверждает исходное состояние элемента 10, при котором на его выходе продолжает присутствовать напряжение с уровнем логического "0", соответствующее исходному состоянию схемы адаптивного датчика.
Таким образом, ложного срабатывания от посторонних источников инфракрасного излучения логических элементов 9 и 10 и формирования на их выходах и, следовательно, на выходной клемме 18 ложных импульсов напряжений с уровнями логической "1 не происходит.
Устранение ложных срабатываний адаптивного датчика от случайно попадающих в зону 24 (23) чувствительности фотоприемника 6 (7) или в зоны 24, 23 чувствительности обоих фотоприемников 6, 7 в пределах ближней зоны его чувствительности посторонних нагретых металлических и неметаллических предметов обеспечивается в адаптивном датчике таким же способом, как описано выше для случая устранения ложных срабатываний адаптивного датчика от посторонних источников инфракрасного излучения, попадающих в пределы его дальней зоны чувствительности.
Таким образом, из описания схемы и работы адаптивного датчика следует, что он:
- обеспечивает автоматическое трансформирование его функциональных возможностей, и тем самым расширяются его функциональные возможности;
- осуществляет автоматическую адаптацию к конкретному виду контролируемого изделия, что расширяет его функциональные возможности;
- обеспечивает визуальный контроль положения и визуальную идентификацию нагретых металлических и ненагретых металлических изделий, что улучшает его эксплуатационные характеристики;
- обеспечивает повышенную надежность его работы путем устранения ложных срабатываний от посторонних нагретых металлических и неметаллических предметов и посторонних источников инфракрасного излучения, случайно попадающих в пределы ближней и дальней зон чувствительности адаптивного датчика;
- является многофункциональным устройством, так как в нем сочетаются функциональные возможности четырех типов устройств: бесконтактного датчика контроля положения нагретых металлических изделий; бесконтактного датчика контроля положения ненагретых металлических изделий; бесконтактного устройства идентификации нагретых металлических изделий; бесконтактного устройства идентификации ненагретых металлических изделий.
В режимах контроля положения нагретых металлических и ненагретых металлических изделий потенциальные информационные сигналы о контроле положения этих изделий снимаются с выходной клеммы 18, визуальные сигналы об их идентификации - со светодиодов блоков 11 и 12 соответственно, а выходные клеммы 19,20 не задействуются.
Применение адаптивного датчика в режимах контроля положения изделий рекомендуется преимущественно в тех случаях, когда адаптивный датчик устанавливается на технологических объектах с невысоким уровнем автоматизации технологических процессов.
В режимах идентификации нагретых металлических и ненагретых металлических изделий потенциальные информационные сигналы контроля положения этих изделий снимаются с выходной клеммы 18, информационные сигналы об их идентификации - с выходных клемм 19, 20 в виде двухразрядных двоичных цифровых кодов 10 и 01 соответственно и в виде визуальных сигналов - со светодиодов блоков 11 и 12 соответственно.
Применение адаптивного датчика в режимах идентификации контролируемых изделий рекомендуется преимущественно в тех случаях, когда он устанавливается на технологических объектах со средним и высоким уровнями автоматизации технологических процессов.
Кроме того, выполнение схемы адаптивного датчика с применением полупроводниковых и (или) гибридных технологий изготовления микросхем позволяет существенно уменьшить его габаритные размеры, материалоемкость и улучшить эксплуатационные характеристики.
Такой набор функциональных возможностей обеспечивает в сравнении с аналогами гибкость применения адаптивного датчика на объектах его эксплуатации с минимальными стоимостными показателями.