БЕСКОНТАКТНЫЙ ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК КОНТРОЛЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ОБЪЕКТОВ
CONTACTLESS INDUCTIVE SENSOR FOR CONTROL OF CONDUCTIVE OBJECTS

Изобретение относится к индуктивным датчикам контроля приближения токопроводящего объекта и может найти применение при разработке и производстве индуктивных датчиков контроля приближения металлических и других токопроводящих объектов
Известно устройство [1] с индуктивным автогенератором, выполненным на основе блокинг-генератора, и содержащее так же последовательно соединенные амплитудный детектор, аналоговый компаратор и выходной транзисторный ключ [1 - Виленский П.И. и Срибнер Л.А. Бесконтактные путевые выключатели М., Энергоатомиздат, 1985 г.]. При отсутствии токопроводящего объекта в активной зоне катушки индуктивности блокинг-генератора устройство работает в режиме непрерывных колебаний. Внесение в активную зону токопроводящего объекта в колебательный контур вносится комплексное сопротивление, и в некоторый момент времени нарушаются условия возбуждения блокинг-генератора, в результате чего автоколебания в блокинг-генераторе срываются. Срыв автоколебаний приводит к уменьшению значения амплитуды выходного напряжения амплитудного детектора, поступающего на аналоговый компаратор. Аналоговый компаратор изменяет состояние своего выхода, в результате чего существенно изменяется значение сигнала, поступающего от аналогового компаратора на управляющий вход силового транзисторного ключа. Известное устройство обладает несомненным достоинством - простотой конструкции, содержащей небольшое числом элементов. Однако данное устройство не имеет элемента оптической индикации состояния выхода, что не позволяет осуществлять дистанционную оптическую идентификацию реакции датчика на контролируемый токопроводящий объект.
Известно устройство [2] - бесконтактный индуктивный датчик-контроля положения токопроводящего объекта [2 - Выключатель бесконтактный индуктивный ВБИ. Руководство по эксплуатации РПЕС.648312.100-000РЭ / URL: http://www.sensor-com.ru/files/docs/manual-vbi.pdf, доступ 01.06.2020 г., время: 14-51], содержащий последовательно соединенные генератор, демодулятор, пороговое устройство и коммутационный элемент, выполненный в виде силового биполярного транзистора; и в котором для индикации состояния силового транзистора имеется оптический индикатор в виде светодиода с токоограничивающим резистором, включенный параллельно внешней нагрузке. Данное устройство лишено недостатка [1] и позволяет визуально идентифицировать текущее состояние коммутационного элемента. Однако коммутационный элемент - выходной силовой транзистор данного устройства не защищен от токов короткого замыкания и больших токов.
Известно устройство [3], принятое за прототип, в котором выходной силовой транзистор коммутационного элемента снабжен цепью защиты от недопустимо больших токов и токов короткого замыкания [3 - Датчик ВБИ-Д08-45У-1111-З - ЗАО ‘Сенсор’ - Бесконтактные датчики и выключатели.htm / URL: http://www.sensor-com.ru/sensors/vbi-d08-45u-1111-z, доступ: 1 1.06.2020 г., время: 14-08]. Защита силового транзистора по принципу работы может быть бистабильной либо тактовой. При срабатывании бистабильной защиты от перегрузок и коротких замыканий в цепи нагрузки силовой транзистор закрывается с самоблокировкой. После устранения причин, вызвавших короткое замыкание или повышенный ток, для восстановления работоспособности устройства необходимо изменить коммутационное состояние датчика либо внешним воздействием токопроводящего объекта либо кратковременно отключить источник напряжения питания. При срабатывании тактовой защиты от перегрузок и коротких замыканий в цепи нагрузки силовой транзистор закрывается. После устранения причины, вызвавшей короткое замыкание или повышенный ток, работоспособность датчика восстанавливается автоматически.
Наличие защиты силового транзистора коммутационного элемента повышает надежность работы устройства. Однако определить однозначное соответствие состояния выхода датчика функциональному состоянию датчика, учитывая только состояние его оптического индикатора, без проведения дополнительных действий затруднительно. Неопределенность состоит в том, что датчик может сработать на приближение токопроводящего объекта, но при этом выходной силовой транзистор коммутационного элемента из-за токовой перегрузки будет выключен защитой, оптический индикатор светиться не будет, и его состояние будет не соответствовать факту срабатывания датчика.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в формировании оптическим индикатором однозначной информации о состоянии датчика.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, отображение оптическим индикатором факта срабатывания порогового устройства датчика.
Технический результат достигается за счет того, оптический индикатор дополнительно содержит второй светодиод и ключевой элемент, при этом управляющий вход ключевого элемента соединен с выходом порогового устройства, а выход нагружен через токоограничивающий резистор на второй светодиод.
На фигуре 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит индуктивный генератор 1, демодулятор 2, пороговое устройство 3, коммутационный элемент 4, оптический индикатор 5, в состав которого входит первый светодиод 6 со своим токоограничивающим резистором 7, ключевой элемент 8, второй светодиод 9 со своим токоограничивающим резистором 10. Индуктивный генератор 1, демодулятор 2 и пороговое устройство 3 соединены последовательно. Выход порогового устройства 3 соединен с входом коммутационного элемента 4 и со входом ключевого элемента 8. Первый светодиод 6 оптического светодиодного индикатора 5 через токоограничивающий резистор 7 включен на выход коммутационного элемента 4 параллельно нагрузке (условно не показано). Второй светодиод 9 через токоограничивающий резистор 10 соединен с выходом ключевого элемента 8 одним выводом, а вторым выводом - с соответствующей шиной питания (условно не показано).
Работает предлагаемое устройство следующим образом. В исходном состоянии полагаем, что питание на устройство подано, токопроводящий объект (условно не показано) не внесен в активную зону индуктивного генератора I, устройство находится в не сработавшем состоянии. При этом индуктивный генератор 1 работает в непрерывном режиме генерации, демодулятор 2 формирует на своем выходе сигнал, обеспечивающий отсутствие срабатывание порогового устройства 3 и выключенное состояние коммутационного элемента 4 и выключенное состояние ключевого элемента 8. В исходном состоянии через светодиоды 6 и 9 ток не протекает и они не излучают свет. При внесении в активную зону индуктивного генератора 1 токопроводящего объекта (условно не показано) колебания в индуктивном генераторе 1 срываются, сигнал на выходе демодулятора 2 изменяется, что обнаруживается пороговым устройством 3, которое на своем выходе формирует сигнал, переводящий коммутационный элемент 4 и ключевой элемент 8 из выключенного состояния во включенное. Через светодиоды 6 и 9 оптического индикатора 5 протекает ток, ограниченный резисторами 7 и 10, светодиоды 6 и 9 под действием протекающего тока излучают свет. При срабатывании встроенной в коммутационный элемент 4 защиты от большого тока или короткого замыкания нагрузки (условно не показанной) коммутационный элемент 4 переходит в выключенное состояние, ток через светодиод 6 прекращается и светодиод 6 перестает излучать свет. В это же время второй светодиод 9 продолжает пропускать ток и излучать свет, индицируя факт нахождения токопроводящего объекта (условно не показан) в активной зоне индуктивного генератора 1. При удалении токопроводящего объекта из активной зоны индуктивного генератора 1 предлагаемое устройство возвращается в исходное состояние и оба светодиода 6 и 9 не излучают свет.
В предлагаемом устройстве оптический индикатор за счет введения второго светодиода обеспечивает повышение достоверности и информативности оптической индикации о текущем состоянии индуктивного датчика, индицируя как факт срабатывания датчика, так и состояние коммутационного элемента.
Предлагаемое устройство является промышленно реализуемым, при проектировании и изготовлении предлагаемого датчика могут быть применены широко распространенные электронные компоненты, применение специальных материалов и технологий не требуется.