АДАПТИВНЫЙ ДАТЧИК КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ
ADAPTIVE ITEM MONITORING SENSOR

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации металлических и неметаллических изделий в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий, а также для решения общих задач автоматизации различных производственных процессов.
Известен датчик, содержащий чувствительный элемент, чувствительная поверхность которого является чувствительной поверхностью датчика, выходную клемму (см. RU №2343540, МПК G06M 3/00 (2006.01), Н01Н 36/00 (2006.01), 10.01.2009, бюл. №1).
Такой датчик имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет:
- производить контроль неметаллических изделий, потому что он реагирует только на металлические изделия;
- автоматически осуществлять трансформирование его функциональных возможностей, что не обеспечивает автоматизацию процесса контроля изделий на автоматизированном технологическом объекте эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является датчик, содержащий чувствительный элемент, чувствительная поверхность которого является чувствительной поверхностью датчика, первую и вторую входные клеммы для трансформирования его функциональных возможностей, выходную клемму (см. RU №2359233, МПК G01D 5/12 (2006.01), G01B 7/04 (2006.01), 20,06.2009, бюл, №17).
В таком датчике предусмотрен статический режим трансформирования его функциональных возможностей с помощью двухразрядного двоичного цифрового кода, подаваемого на его первый и второй входы. В этом режиме значение указанного кода устанавливается на определенное время, длительность которого определяется длительностью цепочки технологического процесса контроля партии изделий на автоматизированном технологическом объекте эксплуатации. Причем смена кода производится вручную, например, с пульта управления, установленного на автоматизированном технологическом объекте эксплуатации датчика, в случаях перехода с одного вида контролируемого изделия на другой его вид. Т.е. при этом требуется вмешательство оператора в процесс работы автоматизированного технологического объекта эксплуатации. Это приводит к тому, что в таком датчике отсутствует возможность устанавливать им самим динамический режим работы, предусматривающий автоматическое трансформирование его функциональных возможностей и возможность автоматической адаптации самого датчика к конкретному виду контролируемого им изделия при смене одного его вида на другой без прерывания технологического процесса контроля изделий. Указанные недостатки такого датчика снижают его уровень автоматизации процесса контроля изделий.
Кроме того, в таком датчике отсутствуют два выхода, через которые было бы возможно непрерывно в динамическом режиме передавать текущие значения двухразрядного двоичного цифрового кода о контроле положения и об идентификации конкретного вида изделия, например, на пульт управления автоматизированного технологического объекта эксплуатации для дальнейшей автоматической обработки результатов контроля изделий в его ЭВМ или в микропроцессорных устройствах управления. Отсутствие в таком датчике двух выходов для двухразрядного двоичного цифрового кода о контроле положения и об идентификации конкретного вида, например, металлического или неметаллического изделия существенно снижает его уровень автоматизации контроля изделий и ухудшает его эксплуатационные характеристики.
Вместе с тем в таком датчике отсутствует устройство визуализации для контроля положения и идентификации конкретного вида, например, металлического или неметаллического изделия, а также для определения работоспособности или отказа датчика при ремонте и проведении пусконаладочных работ на его объекте эксплуатации, что ухудшает его эксплуатационные характеристики.
Решаемая изобретением задача - повышение уровня автоматизации процесса контроля изделий датчиком и улучшение его эксплуатационных характеристик.
Поставленная задача достигается тем, что в известный датчик, содержащий датчик контроля металлических и неметаллических изделий, включающий чувствительную поверхность, выход, первый и второй входы трансформирования его функциональных возможностей, введены генератор электрических колебаний, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом генератора электрических колебаний, двоичный счетчик электрических импульсов по модулю три, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам трансформирования функциональных возможностей датчика контроля металлических и неметаллических изделий, выход которого является первым выходом адаптивного датчика контроля изделий, логический элемент И, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам двоичного счетчика электрических импульсов по модулю три, блок установки в исходное состояние, вход которого соединен с выходом логического элемента И, выход - с R-входом двоичного счетчика электрических импульсов по модулю три, С-вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом датчика контроля металлических и неметаллических изделий, чувствительная поверхность которого является чувствительной поверхностью адаптивного датчика контроля изделий, блок индикации, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам двоичного счетчика электрических импульсов по модулю три, третий вход - к выходу датчика контроля металлических и неметаллических изделий, при этом первый и второй выходы двоичного счетчика электрических импульсов по модулю три являются соответственно вторым и третьим выходами адаптивного датчика контроля изделий, причем младший и старший разряды соответственно первого и второго выходов двоичного счетчика электрических импульсов по модулю три образуют двухразрядный двоичный цифровой код контроля положения и идентификации металлических и неметаллических контролируемых изделий.
На фиг.1 представлена функциональная схема адаптивного датчика: на фиг.2 - схема блока индикации; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы адаптивного датчика при срабатывании его от металлических и неметаллических контролируемых изделий.
Адаптивный датчик содержит (см. фиг.1) датчик 1 контроля металлических и неметаллических изделий с чувствительной поверхностью, которая является чувствительной поверхностью 2 адаптивного датчика, первым и вторым входами трансформирования его функциональных возможностей и выходом, первую выходную клемму 3, соединенную с выходом датчика 1 контроля металлических и неметаллических изделий и являющуюся первым выходом адаптивного датчика, вторую и третью выходные клеммы 4, 5, соединенные соответственно с первым и вторым входами трансформирования функциональных возможностей датчика 1 контроля металлических и неметаллических изделий и являющиеся соответственно вторым и третьим выходами адаптивного датчика, блок 6 установки в исходное состояние, двоичный счетчик 7 электрических импульсов по модулю три, R-вход которого соединен с выходом блока 6 установки в исходное состояние, первый и второй выходы - с первым и вторым входами трансформирования функциональных возможностей датчика 1 контроля металлических и неметаллических изделий, логический элемент И 8, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам двоичного счетчика 7 электрических импульсов по модулю три, выход - ко входу блока 6 установки в исходное состояние, генератор 9 электрических колебаний, логический элемент ИЛИ-НЕ 10, первый вход которого соединен с выходом генератора 9 электрических колебаний, второй вход - с выходом датчика 1 контроля металлических и неметаллических изделий, выход - с С-входом двоичного счетчика 7 электрических импульсов по модулю три, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко второй и третьей выходным клеммам 4, 5, блок 11 индикации, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам двоичного счетчика 7 электрических импульсов по модулю три, третий вход - к выходу датчика 1 контроля металлических и неметаллических изделий, причем младший и старший разряды соответственно первого и второго выходов двоичного счетчика 7 электрических импульсов по модулю три образуют двухразрядный двоичный цифровой код контроля положения и идентификации конкретного вида контролируемого изделия, т.е. металлического или неметаллического контролируемого изделия.
Счетчик 7 с генератором 9, логическими элементами ИЛИ-НЕ 10, И 8, ИЛИ-НЕ блока 6 и их соответствующими электрическим связями служит для формирования на его первом и втором выходах импульсов напряжений U4 и U5 с уровнями логической "1" (см. фиг.3), которые подаются соответственно на первый и второй входы трансформирования функциональных возможностей датчика 1. С помощью этих импульсов производится сканирование первого и второго входов трансформирования функциональных возможностей датчика 1 переменными значениями двухразрядного двоичного цифрового кода 00, 10, 01, которые образуют младший и старший разряды соответственно первого и второго выходов счетчика 7. В результате происходит трансформирование функциональных возможностей датчика 1: при значении этого кода 00 подтверждается исходное состояние датчика 1, при значении этого кода 10 датчик 1 трансформируется в датчик контроля металлических изделий, при значении этого кода 01 - в датчик контроля неметаллических изделий. Причем при значении указанного кода, равном 11, что соответствует десятичной цифре 3, т.е. модулю счета счетчика 7, происходит установка обоих выходов счетчика 7 в нулевое состояние. После чего цикл сканирования счетчиком 7 указанными значениями двухразрядного двоичного цифрового кода первого и второго входов трансформирования функциональных возможностей датчика 1 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.
Таким образом, сам адаптивный датчик осуществляет автоматическое трансформирование своих функциональных возможностей, что повышает его уровень автоматизации процесса контроля изделий.
Наряду с этим в адаптивном датчике реализована автоматическая адаптация его к конкретному виду контролируемого изделия. При этом адаптация к металлическому или неметаллическому 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 каждому значению двухразрядного двоичного цифрового кода 10 или 01, формируемого на выходах счетчика 7, поставлено в однозначное соответствие ему металлическое или неметаллическое изделие.
Вместе с тем в адаптивном датчике введена обратная электрическая связь с выхода датчика 1 на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 10, 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 выхода датчика 1 на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 10 невозможно обеспечить полную его адаптацию к конкретному виду контролируемого изделия, так как на выходной клемме 3 адаптивного датчика в этом случае появляется искаженный сигнал, несущий информацию о контролируемом изделии. В этом случае выходной сигнал адаптивного датчика имеет импульсную форму и состоит из пачки импульсов, длительность которой равна времени нахождения контролируемого изделия в зоне действия чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика, а количество импульсов в пачке - частному от деления длительности нахождения контролируемого металлического (неметаллического) изделия в зоне действия чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика к периоду следования импульсов с напряжением U4 (U5) с первого (второго) выходов счетчика 7 (см. фиг.3).
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.
1
2
3
4
Наличие же в адаптивном датчике указанной обратной электрической связи обеспечивает формирование на его выходной клемме 3 в неискаженном виде потенциального информационного сигнала U6, несущего информацию о контроле положения изделия. Длительность t-t (t-t) такого сигнала (см. фиг.3, диаграмма U6) соответствует времени нахождения контролируемого металлического (неметаллического) изделия в зоне действия чувствительной поверхности 2 (см. фиг.1) адаптивного датчика, и такой сигнал не требует дополнительной его обработки в микропроцессорных устройствах управления автоматизированным технологическим объектом эксплуатации.
1
2
3
4
1
3
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
2
4
2
4
Формирование на выходе адаптивного датчика неискаженного потенциального информационного сигнала U6 с уровнем логической "1" (см, фиг.3) длительностью t-t(t-t), несущего информацию о контроле положения им металлического (неметаллического) изделия, при наличии в нем обратной электрической связи с выхода датчика 1 на второй вход логического элемент ИЛИ-НЕ 10 достигается следующим образом. Например, в момент времени t (t), когда на выходе счетчика 7 установлено текущее значение двухразрядного двоичного цифрового кода 10 (01), металлическое (неметаллическое) контролируемое изделие попадает в зону действия чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика, на его выходной клемме 3 формируется передний фронт импульса t-t(t-t) напряжения U6 с уровнем логической "1", которое блокирует логический элемент ИЛИ-НЕ 10 по его второму входу. В результате импульсы напряжения U2 с уровнем логической "1" с выхода генератора 9 на С-вход счетчика 7 не проходят, и его работа на время t-t(t-t) действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" прерывается. После чего на выходе счетчика 7 происходит фиксирование текущего значения 10(01), указанного кода на время t-t(t-t), т.е. на время действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1". При этом в течение времени t-t(t-t) адаптивный датчик трансформируется в датчик контроля металлического (неметаллического) изделия, и на его выходе формируется неискаженный потенциальный сигнал, несущий информацию о контроле положения адаптивным датчиком металлического (неметаллического) изделия, в виде одного сплошного импульса напряжения U6 с уровнем логической "1", так как в течение всего промежутка времени t-t(t-t) сохраняются постоянные значения 10(01) двухразрядного двоичного цифрового кода. В момент времени t(t), когда металлическое (неметаллическое) изделие выходит за пределы действия чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика, на его выходной клемме 3 формирование импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" заканчивается. В результате, начиная с момента времени t(t), т.е. по спаду импульса напряжения U6 работа счетчика 7 возобновляется, и адаптивный датчик устанавливается в исходное состояние, при котором он готов к очередному циклу контроля металлического (неметаллического) изделия.
Таким образом, наличие обратной электрической связи с выхода датчика 1 на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 10 обеспечивает:
- автоматическую адаптацию предлагаемого датчика к металлическим и неметаллическим контролируемым им изделиям, что приводит к повышению уровня автоматизации процесса контроля металлических и неметаллических изделий;
- формирование на выходной клемме 3 адаптивного датчика информационного потенциального сигнала в виде одного сплошного импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" и устранение тем самым возможности формирования на его выходе искаженного информационного сигнала в виде пачки импульсов напряжения U6 с уровнем логической "1", а также устранение снижения быстродействия адаптивного датчика, чем обеспечивается улучшение его эксплуатационных характеристик.
Выходные клеммы 4, 5 адаптивного датчика предназначены для передачи текущих значений двухразрядного двоичного цифрового кода о контроле положения и идентификации им металлических или неметаллических изделий 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 металлических или неметаллических контролируемых изделий.
При этом использование, например, в составе пульта управления автоматизированного технологического объекта эксплуатации второго комплекта блока 11 индикации (см. фиг.2) позволяет получать дистанционно визуальную информацию о контроле положения и идентификации металлических и неметаллических изделий адаптивным датчиком и определять состояние работоспособности или отказа адаптивного датчика при ремонте и проведении пусконаладочных работ на автоматизированном технологическом объекте эксплуатации. Таким образом, введение в адаптивный датчик выходных клемм 4, 5, т.е. введение в нем второго и третьего выходов, также улучшает его эксплуатационные характеристики.
Датчик 1 контроля металлических и неметаллических изделий выполнен, например, по схеме (см. RU №2359233, МПК G01D 5/12 (2006.01), G01B 7/04 (2006.01), 20.06.2009, бюл. №17), включающей последовательно соединенные мультивибратор с емкостным чувствительным элементом в виде токопроводящей пластины, детектор, первый пороговый элемент, последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний с индуктивным чувствительным элементом, выполненным в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника с центральным сквозным отверстием, к цепям колебательного контура которого подключены выходы индуктивного чувствительного элемента, второй пороговый элемент, выполненный в виде триггера Шмитта, инвертор, а также переменный резистор для настройки высокочастотного генератора электрических колебаний, включенный в цепи его отрицательной обратной связи, выходную клемму, являющуюся выходом датчика 1, первый и второй логические элементы И, первые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых элементов, вторые входы - к выходам соответственно инвертора и первого порогового элемента, первую и вторую входные клеммы, соединенные с третьими входами соответственно первого и второго логических элементов И, и являющиеся соответственно первым и вторым входами для трансформирования функциональных возможностей датчика 1. При этом выходы первого и второго логических элементов И с открытыми выходами Н-типа подключены к выходной клемме датчика 1. Установка амплитуды генерируемых электрических колебаний высокочастотного генератора электрических колебаний при его настройке переменным резистором производится на таком уровне, чтобы дальность действия электромагнитного поля, у открытого торца чашки ферритового сердечника в направлении его оси симметрии, перпендикулярной плоскости торцевой поверхности чашки ферритового сердечника, превышала дальность действия электрического поля емкостного чувствительного элемента вдоль его оси симметрии, перпендикулярной его плоским поверхностям.
Емкостной чувствительный элемент установлен внутри сквозного центрального отверстия чашки ферритового сердечника соосно с этим отверстием со смещением относительно поверхности открытого торца чашки ферритового сердечника вдоль оси симметрии центрального сквозного отверстия ферритового сердечника в сторону, противоположную расположению катушки индуктивности.
Индуктивный и емкостной чувствительные элементы образуют чувствительный элемент датчика 1 контроля металлических и неметаллических изделий, а плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника и одна из двух плоских поверхностей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность датчика 1 контроля металлических и неметаллических изделий.
Блок 6 установки в исходное состояние схемы адаптивного датчика выполнен, например, на основе эмиттерного повторителя на транзисторе n-р-n-типа, между выводом эмиттера которого и общей шиной источника напряжения питания адаптивного датчика включен нагрузочный резистор, логического элемента ИЛИ-НЕ и RC-цепи (см. фиг.1), состоящей из последовательно включенных конденсатора и резистора, точка соединения первых выводов которых подключена к базе транзистора, а второй вывод резистора RC-цепи соединен с общей шиной источника напряжения питания адаптивного датчика. При этом второй вывод конденсатора RC-цепи и вывод коллектора транзистора подключены к источнику напряжения питания адаптивного датчика, первый вход логического элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом эмиттерного повторителя, второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ является входом блока 6, а выход логического элемента ИЛИ-НЕ является выходом блока 6.
Блок 6 установки в исходное состояние предназначен для установки в исходное состояние счетчика 7 в момент подачи напряжения питания на адаптивный датчик, а также для сброса счетчика в ноль в момент установки на обоих выходах счетчика 7 двухразрядного двоичного цифрового кода 11, равного десятичной цифре 3, соответствующей модулю счета счетчика 7.
Генератор 9 является тактовым генератором для счетчика 7 и выполнен, например, на основе мультивибратора по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на операционном усилителе (см. книгу Шило В.Л. Линейные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. Радио, 1974, с.175, рис.4.42, а).
Блок 11 индикации служит для преобразования текущих значений двухразрядного двоичного цифрового кода, поступающего с первого и второго выходов счетчика 7 соответственно на первый и второй его входы, в визуальную информацию о контроле положения и идентификации металлических и неметаллических изделий, а также для определения по встроенным в него элементам световой индикации, которыми являются светодиоды 20, 22, состояния работоспособности или отказа адаптивного датчика при ремонте и проведении пусконаладочных работ на объекте его эксплуатации.
Блок 11 индикации (см. фиг.2) выполнен, например, по схеме, включающей первый инвертор 16, первый логический элемент И 17, первый вход которого соединен с выходом первого инвертора 16, второй инвертор 18, второй логический элемент И 19, первый вход которого соединен с выходом второго инвертора 18, третий вход - с третьим входом первого логического элемента 17, первый светодиод 20, вывод катода которого подключен к выходу первого логического элемента 17, первый резистор 21, первый вывод которого соединен с выводом анода первого светодиода 20, второй вывод - с источником питания адаптивного датчика, второй светодиод 22, вывод катода которого подключен к выходу второго логического элемента И 19, второй резистор 23, первый вывод которого соединен с выводом анода второго светодиода 22, второй вывод - с источником питания адаптивного датчика, при этом точка соединения входа первого инвертора 16 и второго входа второго логического элемента 19 является первым входом блока 11 индикации, точка соединения второго входа первого логического элемента 17 и входа второго инвертора 18 является вторым входом блока 11 индикации, а точка соединения третьих входов первого и второго логических элементов 17 и 19 является третьим входом блока 11 индикации. Первый светодиод 20 предназначен для визуального контроля положения и идентификации неметаллического контролируемого изделия адаптивным датчиком, второй светодиод 22 - для визуального контроля положения и идентификации металлического контролируемого изделия адаптивным датчиком.
В исходном состоянии адаптивного датчика с выхода датчика 1 на третий вход блока 11 индикации подается напряжение U6 с уровнем логического "0", которое блокирует логические элементы И 17, 19 по их третьим входам (см, фиг.2). В результате переключения логических элементов И 17, 19 блока 11 индикации под действием двухразрядного двоичного цифрового кода, поступающего на его первый и второй входы, не происходит, и на их выходах устанавливаются напряжения с уровнями логической "1", при этом светодиоды 20 и 22 находятся в погашенном состоянии.
При поступлении на первый и второй входы блока 11 индикации двухразрядного двоичного цифрового кода, значение которого равно 10, а на его третий вход - импульса напряжения U6 с уровнем логической "1", логический элемент И 19 переключается в другое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического "0". При этом светодиод 22 засвечивается, сигнализируя о контроле положения и идентификации адаптивным датчиком металлического контролируемого изделия. Логический элемент 17 при этом продолжает находиться в исходном состоянии, при котором на его выходе продолжает присутствовать напряжение с уровнем логической "1", и светодиод 20 продолжает находиться в погашенном состоянии, так как на первом и втором входах логического элемента 17 установлены напряжения с уровнями логического «0». После прекращения действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" логический элемент И 19 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической "1", так как на его третий вход подано напряжение U6 с уровнем логического "0", а светодиод 22 при этом гаснет.
В случае, когда на первый и второй входы блока 11 индикации поступает двухразрядный двоичный цифровой код, значение которого равно 01, а на его третий вход - импульс напряжения U6 с уровнем логической "1", логический элемент И 17 переключается в другое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического "0". При этом светодиод 20 засвечивается, сигнализируя о контроле положения и идентификации адаптивным датчиком неметаллического контролируемого изделия. Логический элемент И 19 при этом продолжает находиться в исходном состоянии, при котором на его выходе присутствует напряжение с уровнем логической "1", а светодиод 22 продолжает находиться в погашенном состоянии, так как на всех трех входах логического элемента И 19 установлены напряжения с уровнями логического «0».
После прекращения действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" логический элемент И 17 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической "1", а светодиод 20 гаснет, так как на третьем входе логического элемента И 17 установлено напряжение U6 с уровнем логического «0».
В дальнейшем при рассмотрении работы датчика будет подразумеваться, что между выходной клеммой 3 и общей шиной источника напряжения питания адаптивного датчика подключено нагрузочное сопротивление (на фиг.1 не показано), чтобы логические уровни напряжений на его выходе, приводимые ниже в тексте, реально соответствовали логическим уровням напряжений на выходной клемме 3 схемы, приведенной на фиг.1.
Датчик работает следующим образом.
0
0
1
0
1
0
1
При подаче в момент времени t на адаптивный датчик напряжения питания в блоке 6 происходит заряд конденсатора RC-цепи через переход эмиттер-база транзистора (см. фиг.1). При этом транзистор блока 6 открывается, и через его переход коллектор-эмиттер подается на первый вход его логического элемента ИЛИ-НЕ импульс напряжения с уровнем логической "1", который инвертируется им в импульс напряжения U1 с уровнем логического "0" (см. фиг.3) и с выхода блока 6 подается на R-вход счетчика 7. В результате на первом и втором выходах счетчика 7, на первых и вторых входах логического элемента И 8, блока 11 индикации, датчика 1, на выходных клеммах 4 и 5 адаптивного датчика устанавливаются соответственно напряжения U4 и U5 с уровнями логического "0" (см. фиг.3). Одновременно на выходе логического элемента И 8 и на выходной клемме 3, втором входе логического элемента И 10, на третьем входе блока 11 индикации устанавливаются соответственно напряжения U3 и U6 с уровнями логического "0". После подачи на третий вход блока 11 индикации с выхода адаптивного датчика напряжения U6 с уровнем логического «0» логические элементы 17 и 19 блокируются им, и на их выходах устанавливаются напряжения с уровнями логической "1". В результате светодиоды 20, 22 блока 11 индикации находятся в погашенном состоянии. После окончания заряда конденсатора блока 6 его транзистор закрывается и в дальнейшем на работу схемы адаптивного датчика не влияет, так как его база подключена через резистор к общей шине схемы адаптивного датчика. После чего на первом входе логического элемента ИЛИ-НЕ блока 6 устанавливается напряжение с уровнем логического "0", являющееся разрешающим для инвертирования им импульсов напряжения U3 с уровнем логической "1", поступающих на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ блока 6 с выхода логического элемента И 8. При этом на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ блока 6 и на R-входе счетчика 7 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.3). Вместе с тем после подачи на адаптивный датчик напряжения питания генератор 9 переходит в режим генерации электрических колебаний, при котором на его выходе и первом входе логического элемента ИЛИ-НЕ 10 появляется непрерывная последовательность прямоугольных импульсов напряжения U2 (см. фиг.3), которые проходят через первый вход на его выход и на С-вход счетчика 7, так как на втором входе логического элемента ИЛИ-НЕ 10 установлено с выхода адаптивного датчика напряжение U6 с уровнем логического "0", разрешающее их прохождение на выход логического элемента ИЛИ-НЕ 10 и на С-вход счетчика 7. При поступлении с генератора 9 через логический элемент ИЛИ-НЕ 10 на С-вход счетчика 7 импульсов напряжения U2 с уровнями логической "1" он переходит в режим счета импульсов по модулю три, который реализуется с помощью логического элемента И 8 и логического элемента ИЛИ-НЕ блока 6. При появлении на первом и втором выходах счетчика 7 соответственно импульсов напряжений U4 и U5 с уровнями логической "1", соответствующих значению двухразрядного двоичного цифрового кода на выходах счетчика 7, равному 11, на выходе логического элемента И 8 формируется импульс напряжения U3 с уровнем логической "1", который подается на вход блока 6, инвертируется им в импульс напряжения U1 с уровнем логического "0", который подается на R-вход счетчика 7 и сбрасывает его первый и второй выходы в ноль, чем и обеспечивается режим счета импульсов по модулю три (см. фиг.3). На этом цикл счета счетчиком импульсов напряжения U2 генератора 9 по модулю три и, следовательно, первый цикл сканирования им первого и второго входов трансформирования функциональных возможностей датчика 1 заканчивается. После чего начинается очередной цикл сканирования счетчиком 7 первого и второго входов трансформирования функциональных возможностей датчика 1. Причем каждый раз в моменты появления на выходах счетчика 7 значения двоичного цифрового кода, равного 11, очередной цикл его сканирования входов трансформирования функциональных возможностей датчика 1 в течение временного промежутка t-t повторяется. В результате счета импульсов по модулю три счетчиком 7 на его первом и втором выходах формируются последовательно значения двоичного цифрового кода, равные 00, 10, 01 (см. фиг.3, диаграммы U4 и U5 на временном промежутке t-t), которыми сканируются соответственно первый, второй входы блока 11 индикации и первый, второй входы трансформирования функциональных возможностей датчика 1. В процессе сканирования двоичным цифровым кодом первого и второго входов блока 11 индикации переключения его логических элементов И 17, 19 на временном промежутке t-t не происходит, так как на третий вход блока 11 индикации с выхода датчика 1 подается напряжение U6 с уровнем логического "0", запрещающее их переключение. В результате первый и второй светодиоды 20, 22 блока 11 индикации продолжают находиться в погашенном состоянии.
При сканировании первого и второго входов трансформирования функциональных возможностей датчика 1 кодом 00 выход датчика 1 и, следовательно, выход адаптивного датчика блокируется, и на его выходе продолжает присутствовать напряжение U6 с уровнем логического "0"; при сканировании кодом 10 - датчик 1 и, следовательно, адаптивный датчик трансформируется в датчик контроля металлических изделий, при сканировании кодом 01 - датчик 1 и, следовательно, адаптивный датчик трансформируется в датчик контроля неметаллических изделий.
Таким образом, после подачи напряжения питания адаптивный датчик устанавливается в исходное состояние, при котором на выходной клемме 3 устанавливается напряжение U6 с уровнем логического «0», генератор 9 находится в режиме генерации электрических колебаний, счетчик 7 производит сканирование первого и второго входов трансформирования функциональных возможностей датчика 1, светодиоды 20, 22 блока 11 индикации находятся в погашенном состоянии, а контролируемое изделие 12 находится за пределами зоны чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика. При этом адаптивный датчик готов к первому циклу контроля металлических или неметаллических изделий.
Далее рассмотрим работу адаптивного датчика в двух режимах - в режиме контроля металлических и в режиме контроля неметаллических изделий. При этом контролируемое изделие 12 (см. фиг.1) перемещается в радиальном направлении параллельно чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика в пределах зоны действия его чувствительной поверхности в одном из направлений по стрелке 13 или 14, или в осевом направлении по стрелке 15 параллельно чувствительной поверхности адаптивного датчика в зону ее действия и обратно в исходное положение.
1. Режим контроля металлических изделий.
1
2
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
2
2
3
При перемещении контролируемого металлического изделия 12 в выбранном направлении оно входит в зону действия чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика, например, в момент, когда на первом и втором входах трансформирования функциональных возможностей датчика 1 установлены с первого и второго выходов счетчика 7 соответственно напряжения U4 с уровнем логической "1" и U5 с уровнем логического «0», что соответствует текущим значениям 10 двухразрядного двоичного цифрового кода. В результате происходит срабатывание датчика 1 и формирование на его выходе и на выходной клемме 3 адаптивного датчика импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" длительностью t-t (см. фиг.3). Этот импульс подается на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 10 и на третий вход блока 11 индикации. В момент t по переднему фронту импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" происходит блокирование логического элемента ИЛИ-НЕ 10 по второму его входу. В результате прохождение импульсов напряжения U2 с выхода генератора 9 через первый вход логического элемента ИЛИ-НЕ 10 на его выход и С-вход счетчика 7 прекращается, и на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 10 и на С-входе счетчика 7 устанавливается напряжение с уровнем логического «0». При этом работа счетчика 7 на время t-t действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" приостанавливается. В результате на первом и втором выходах счетчика 7 на время действия этого импульса устанавливаются соответственно фиксированные значения напряжений U4 с уровнем логической "1" и U5 с уровнем логического «0», что соответствует фиксированному значению 10 двухразрядного двоичного цифрового кода. Зафиксированное значение 10 двухразрядного двоичного цифрового кода в течение времени t-t действия импульса напряжения U8 с уровнем логической "1" подается с первого и второго выходов счетчика 7 соответственно на выходные клеммы 4 и 5 адаптивного датчика и первый и второй входы блока 11 индикации. Под действием зафиксированного значения двухразрядного двоичного цифрового кода 10 логический элемент И 19 блока 11 индикации переключается на время t-t действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" в другое состояние, и на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического «0», так как на всех его трех входах установлены напряжения с уровнями логической "1". В результате светодиод 22 блока 11 индикации засвечивается на время t-t действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1". При этом переключения логического элемента И 17 в другое состояние и засвечивания светодиода 20 блока 11 индикации не происходит, поэтому светодиод 20 блока 11 индикации продолжает находиться в погашенном состоянии, так как на первый и второй входы логического элемента И 17 поданы напряжения с уровнями логического «0», запрещающие его переключение. Во время действия на выходе датчика 1 и, следовательно, на выходной клемме 3 адаптивного датчика импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" формирования на выходе логического элемента И 8 импульсов напряжения U3 с уровнем логической "1" и, следовательно, формирования импульсов напряжения U1 с уровнем логического «0» на выходе блока 6 на временном промежутке t-t не происходит (см. фиг.3), так как на второй вход логического элемента И 8 со второго выхода счетчика 7 подано напряжение U5 с уровнем логического «0», запрещающее их формирование. Далее перемещающееся контролируемое изделие 12 выходит в момент времени t из зоны действия чувствительной поверхности адаптивного датчика. В результате в момент времени t по заднему фронту импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" происходит переключение адаптивного датчика в исходное состояние, которое описано выше после подачи напряжения питания на адаптивный датчик. На этом формирование импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" на выходе адаптивного датчика заканчивается, и он готов к очередному циклу контроля металлических или неметаллических изделий в течение временного промежутка t-t. В случае повторного перемещения контролируемого металлического изделия 12 относительно чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика в выбранном направлении описанный цикл его контроля повторяется.
Следовательно, в рассмотренном режиме работы адаптивного датчика сигнал на его выходной клемме 3 однозначно соответствует потенциальному информационному сигналу, несущему информацию только о контроле положения металлического изделия, а двухразрядный двоичный цифровой код 10 на выходных клеммах 4, 5 и светодиод 22 блока 11 индикации в засвеченном состоянии - однозначно соответствуют цифровому и визуальному информационным сигналам, несущим информацию только об идентификации металлического вида контролируемого изделия.
2. Режим контроля неметаллических изделий.
3
4
3
3
4
3
4
3
4
3
4
4
4
4
При перемещении контролируемого неметаллического изделия 12 в выбранном направлении оно входит в зону действия чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика, например, в момент, когда на первом и втором входах трансформирования функциональных возможностей датчика 1 установлены с первого и второго выходов счетчика 7 соответственно напряжения U4 с уровнем логической «0» и U5 с уровнем логической "1", что соответствует текущему значению 01 двухразрядного двоичного цифрового кода. В результате происходит срабатывание датчика 1 и формирование на его выходе и на выходной клемме 3 адаптивного датчика импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" длительностью t-t (см. фиг.3). Этот импульс подается на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 10 и третий вход блока 11 индикации. В момент t по переднему фронту импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" происходит блокирование логического элемента ИЛИ-НЕ 10 по второму его входу. В результате прохождение импульсов напряжения U2 с выхода генератора 9 через первый вход логического элемента ИЛИ-НЕ 10 на его выход и С-вход счетчика 7 прекращается, и на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 10 и С-входе счетчика 7 устанавливается напряжение с уровнем логического «0». При этом работа счетчика 7 на время действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" приостанавливается. В результате на первом и втором выходах счетчика 7 на время действия этого импульса устанавливаются соответственно фиксированные значения напряжений U4 с уровнем логического «0» и U5 с уровнем логической "1", что соответствует фиксированному значению 01 двухразрядного двоичного цифрового кода. Зафиксированное значение 01 двухразрядного двоичного цифрового кода в течение времени t-t действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" подается с первого и второго выходов счетчика 7 соответственно на выходные клеммы 4 и 5 адаптивного датчика и первый и второй входы блока 11 индикации. Под действием зафиксированного значения 01 двухразрядного двоичного цифрового кода логический элемент И 17 блока 11 индикации переключается на время t-t действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" в другое состояние, и на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического «0», так как на всех его трех входах установлены напряжения с уровнями логической "1". В результате светодиод 20 блока 11 индикации засвечивается на время t-t действия импульса напряжения U6 с уровнем логической "1". При этом переключения логического элемента И 19 в другое состояние и засвечивания светодиода 22 блока 11 индикации не происходит, поэтому светодиод 22 блока 11 индикации продолжает находиться в погашенном состоянии, так как на первый и второй входы логического элемента И 19 поданы напряжения с уровнями логического «0», запрещающие его переключение. Во время действия на выходе датчика 1 и, следовательно, на выходной клемме 3 адаптивного датчика импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" формирования на выходе логического элемента И 8 импульсов напряжения U3 с уровнем логической "1" и, следовательно, формирования импульсов напряжения U1 с уровнем логического «0» на выходе блока 6 на временном промежутке t-t не происходит, так как на первый вход логического элемента И 8 с первого выхода счетчика 7 подано напряжение U4 с уровнем логического «0», запрещающее их формирование. Далее в момент времени t перемещающееся контролируемое изделие 12 выходит из зоны действия чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика. В результате в момент времени t по заднему фронту импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" происходит переключение адаптивного датчика в исходное состояние, которое описано выше после подачи напряжения питания на адаптивный датчик. На этом формирование импульса напряжения U6 с уровнем логической "1" на выходе адаптивного датчика заканчивается и он готов к очередному циклу контроля металлических или неметаллических изделий в течение временного промежутка, начиная с момента времени t. В случае повторного перемещения контролируемого неметаллического изделия 12 относительно чувствительной поверхности 2 адаптивного датчика в выбранном направлении описанный цикл его контроля повторяется.
Следовательно, в рассмотренном режиме работы адаптивного датчика сигнал на его выходной клемме 3 однозначно соответствует потенциальному информационному сигналу, несущему информацию только о контроле положения неметаллического изделия, а двухразрядный двоичный цифровой код 01 на выходных клеммах 4, 5 и светодиод 20 блока 11 индикации в засвеченном состоянии - однозначно соответствуют цифровому и визуальному информационным сигналам, несущим информацию только об идентификации неметаллического вида контролируемого изделия.
Таким образом, из описания схемы и работы адаптивного датчика следует, что он является многофункциональным устройством, так как в нем сочетаются функциональные возможности четырех типов устройств: датчика контроля положения металлических изделий; датчика контроля положения неметаллических изделий; устройства идентификации металлических изделий; устройства идентификации неметаллических изделий.
0
2
В режиме контроля положения металлических изделий адаптивный датчик функционирует как индуктивный бесконтактный датчик положения автогенераторного типа. Работа его в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3 (диаграммы U1-U5, U6 - временной промежуток t-t). При этом информационный сигнал о контроле положения металлического изделия снимается с выходной клеммы 3, а визуальный сигнал об его идентификации - со светодиода 22. При этом выходные клеммы 4 и 5 не задействуются.
2
4
В режиме контроля положения неметаллических изделий адаптивный датчик функционирует как бесконтактный датчик положения емкостного типа. Работа его в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3 (диаграммы U1-U5, U6 - временной промежуток t-t). При этом информационный сигнал о контроле положения неметаллического изделия снимается с выходной клеммы 3, а визуальный сигнал об его идентификации - со светодиода 20. При этом выходные клеммы 4 и 5 не задействуются.
Применение адаптивного датчика в режимах контроля положения металлических и неметаллических изделий рекомендуется преимущественно в тех случаях, когда адаптивный датчик устанавливается на технологических объектах с невысоким уровнем автоматизации технологических процессов.
0
2
В режиме идентификации металлических изделий адаптивный датчик функционирует как индуктивный бесконтактный датчик положения автогенераторного типа. Работа его в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3 (диаграммы U1-U5, U6 - временной промежуток t-t). При этом информационный сигнал контроля положения металлического изделия снимается с выходной клеммы 3, информационные сигналы об его идентификации в виде двухразрядного двоичного цифрового кода 10 - с выходных клемм 4, 5 и в виде визуального сигнала - со светодиода 22.
2
4
В режиме идентификации неметаллических изделий адаптивный датчик функционирует как бесконтактный датчик положения емкостного типа. Работа его в этом случае описывается диаграммами, приведенными на фиг.3 (диаграммы U1-U5, U6 - временной промежуток t-t). При этом информационный сигнал контроля положения неметаллического изделия снимается с выходной клеммы 3, информационные сигналы об его идентификации в виде двухразрядного двоичного цифрового кода 01 - с выходных клемм 4, 5 и в виде визуального сигнала об его идентификации - со светодиода 20.
Применение адаптивного датчика в режимах идентификации металлических и неметаллических изделий рекомендуется преимущественно в тех случаях, когда он устанавливается на технологических объектах со средним и высоким уровнями автоматизации технологических процессов.
Таким образом, предложенный адаптивный датчик контроля изделий по сравнению с аналогами имеет существенные преимущества - повышенный уровень автоматизации процесса контроля изделий, улучшенные эксплуатационные характеристики и является многофункциональным, так как в нем сочетаются функциональные возможности нескольких типов устройств.
Кроме того, выполнение схемы адаптивного датчика контроля изделий 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 предлагаемого адаптивного датчика контроля изделий на объектах его эксплуатации с минимальными стоимостными показателями.