СЕЛЕКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ НАГРЕТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области автоматизации производственных технологических процессов и предназначено для контроля направления перемещения и положения нагретых металлических изделий и исполнительных механизмов технологического оборудования.

Известно устройство контроля направления перемещения и положения изделий (см. RU № 2191346, кл. МПК⁷ G01B 7/00, опубликовано 20.10.2002), содержащее первый и второй индуктивные чувствительные элементы, генератор электрических колебаний, первый и второй пороговые элементы, первый и второй триггеры, блок установки в исходное состояние, первый и второй логические элементы И, выходную клемму.

Но такое устройство имеет сравнительно сложную схему, что усложняет конструкцию, увеличивает трудоемкость на стадии производства и ухудшает его стоимостные характеристики.

Наряду с этим данное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как в нем отсутствует возможность трансформирования его функциональных возможностей.

Кроме того, в таком устройстве информация о контроле положения и перемещения изделий в прямом и обратном направлении содержится в одном информационном сигнале устройства, не разнесена по разным отдельным электрическим цепям и передается через одну выходную клемму, что ухудшает эксплуатационные характеристики устройства, так как при этом требуется применение дополнительных аппаратных и (или) программных средств для обработки информационного сигнала этого устройства, несущего по одному проводу совокупную информацию о контролируемых изделиях, с целью разделения ее на отдельные информационные составляющие (контроль перемещения изделий в прямом направлении, контроль перемещения изделий в обратном направлении, контроль положения изделий), распределения их по раздельным электрическим цепям для нужд различных потребителей на объекте эксплуатации устройства.

Вместе с тем такое устройство не обеспечивает селективности (избирательности) контроля нагретых металлических изделий, так как выполнено на основе индуктивного датчика, в одинаковой степени реагирующего на нагретые и ненагретые металлические контролируемые изделия, что в свою очередь сужает его функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство контроля направления перемещения и положения изделий, содержащее первый и второй индуктивные чувствительные элементы, первые генератор электрических колебаний и пороговый элемент, вторые генератор электрических колебаний и пороговый элемент, блок установки в исходное состояние, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых элементов, первый и второй логические элементы И, первый и второй входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, первый и второй триггеры, R-входы которых соединены с выходом блока установки в исходное состояние, а инверсные выходы первого и второго триггеров подключены к D-входам соответственно второго и первого триггеров, первую и вторую выходные клеммы, являющиеся соответственно первым и вторым выходами устройства (см. "Устройство для определения положения и направления перемещения контролируемого объекта". Информационный листок о научно-техническом достижении №84-6, Калужский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, 1984 г.).

Однако такое устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как:

1) не обеспечивает селективность (избирательность) контроля нагретых металлических изделий. Этот недостаток обусловлен тем, что его первый и второй чувствительные элементы выполнены в виде чувствительных элементов индуктивного типа, обладающих чувствительностью в одинаковой степени как к нагретым, так и к ненагретым металлическим контролируемым изделиям, попадающим в зоны действия их электромагнитных полей;

2) в нем отсутствует возможность трансформирования его из устройства контроля направления перемещения нагретых металлических изделий с двумя выходами в датчик контроля положения нагретых металлических изделий с одним выходом путем соединения его выходов между собой по схеме монтажное ИЛИ (т.е. в нем отсутствует возможность трансформирования его функциональных возможностей путем трансформирования его в другой тип устройства), так как его прямые выходы выполнены в виде выходов закрытого типа;

3) в таком устройстве отсутствует возможность трансформирования его из устройства контроля направления перемещения нагретых металлических изделий с двумя выходами в датчик контроля положения нагретых металлических изделий по одному соответствующему выходу с помощью контролируемых изделий

Решаемая задача изобретением - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения селективности его к нагретым металлическим изделиям и трансформирования его функциональных возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что в селективное устройство контроля направления перемещения и положения нагретых металлических изделий, содержащее первый и второй индуктивные чувствительные элементы, первый и второй генераторы электрических колебаний, к цепям колебательных контуров которых подключены соответственно первый и второй индуктивные чувствительные элементы, первый и второй пороговые элементы, блок установки в исходное состояние, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых элементов, первый и второй логические элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, первый и второй триггеры, R-входы которых соединены с выходом блока установки в исходное состояние, инверсные выходы - с D-входами соответственно второго и первого триггеров, в него введены первый и второй блоки индикации, входы которых подключены к прямым выходам соответствующих триггеров, а С-входы первого и второго триггеров соединены с выходами соответственно первого и второго логических элементов И, формирователь импульсов, выход которого подключен к вторым входам первого и второго логических элементов И, оптический чувствительный элемент, выполненный в виде инфракрасного фотоприемника, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, при этом выходы первого и второго генераторов электрических колебаний подключены к входам соответственно первого и второго пороговых элементов, а первый, второй индуктивные чувствительные элементы и оптический чувствительный элемент установлены в одной плоскости и образуют чувствительный элемент устройства, причем первый и второй индуктивные чувствительные элементы установлены вдоль прямой линии с зазором между их наружными боковыми поверхностями, обеспечивающим устранение взаимодействия электромагнитного поля рассеяния одного индуктивного чувствительного элемента с катушкой индуктивности другого индуктивного чувствительного элемента, оптический чувствительный элемент установлен со стороны закрытых торцов первого и второго индуктивных чувствительных элементов напротив зазора между наружными боковыми поверхностями первого и второго индуктивных чувствительных элементов так, что его оптическое окно направлено в сторону открытых торцов первого и второго индуктивных чувствительных элементов, а геометрическая ось симметрии его оптического окна в месте этого зазора равноудалена от наружных боковых поверхностей первого и второго индуктивных чувствительных элементов, плоские поверхности открытых торцов которых и поверхность оптического окна оптического чувствительного элемента образуют чувствительную поверхность устройства, наряду с этим дальность действия зоны чувствительности оптического чувствительного элемента вдоль оси симметрии его оптического окна превышает дальность действия зон чувствительностей первого и второго индуктивных чувствительных элементов вдоль осей симметрии поверхностей их открытых торцов, что обеспечивает наличие в устройстве двух зон его чувствительности, ближней зоны чувствительности, в пределах которой действуют зоны чувствительности индуктивных чувствительных элементов и зона чувствительности оптического чувствительного элемента, и дальней зоны чувствительности, в пределах которой действует зона чувствительности только одного оптического чувствительного элемента, при этом в ближней зоне чувствительности устройства обеспечивается трансформирование его с помощью контролируемых изделий в селективное устройство контроля направления перемещения нагретых металлических изделий с двумя выходами путем радиального перемещении их в пределах ближней зоны чувствительности устройства относительно его чувствительной поверхности, в дальней и ближней зонах чувствительности устройства обеспечивается трансформирование его с помощью контролируемых изделий из селективного устройства контроля направления перемещения нагретых металлических изделий с двумя выходами в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий с использованием только одного соответствующего выхода устройства, на котором отрабатывается информационный сигнал контроля положения нагретых металлических изделий, путем осевого перемещения их относительно его чувствительной поверхности последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение, вместе с тем прямые выходы первого и второго триггеров, являющиеся соответственно первым и вторым выходами устройства, выполнены в виде открытых выходов Н-типа, обеспечивающих в ближней зоне чувствительности устройства при радиальном перемещении и в дальней и ближней зонах его чувствительности при осевом перемещении нагретых металлических изделий последовательно в пределы этих зон и обратно в их исходное положение трансформирование его из селективного устройства контроля направления перемещения нагретых металлических изделий с двумя выходами в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий с одним выходом путем соединения между собой первого и второго выходов устройства, точка соединения между собой которых является выходом образованного таким образом датчика.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства;

на фиг.2 - схема блока установки в исходное состояние;

на фиг.3 - взаимное расположение, ориентация индуктивных чувствительных элементов, оптического чувствительного элемента и контролируемого изделия, а также соотношение дальностей действия зон чувствительности индуктивных чувствительных элементов и оптического чувствительного элемента,

на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства при срабатывании его от нагретых металлических изделий.

Устройство содержит (см. фиг.1) первый и второй индуктивные чувствительные элементы 1, 2, последовательно соединенные первые генератор электрических колебаний 3, в цепь колебательного контура которого включен первый индуктивный чувствительный элемент 1, и пороговый элемент 4, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, последовательно соединенные вторые генератор электрических колебаний 5, в цепь колебательного контура которого включен второй индуктивный чувствительный элемент 2, и пороговый элемент 6, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, а также, оптический чувствительный элемент 7, формирователь 8 импульсов, к входу которого подключен оптический чувствительный элемент 7, блок 9 установки в исходное состояние, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых элементов 4 и 6, первый 10 и второй 11 логические элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов 4 и 6, вторые входы - с выходом формирователя 8 импульсов, первый и второй триггеры 12, 13, С-входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго логических элементов 10 и 11, R-входы - с выходом блока 9 установки в исходное состояние, инверсные выходы первого и второго триггеров 12 и 13 - с D-входами соответственно второго и первого триггеров 13 и 12, первый и второй блоки 14 и 15 индикации, входы которых подключены к прямым выходам соответственно первого и второго триггеров 12 и 13, первую и вторую выходные клеммы 16 и 17, подключенные к прямым выходам соответственно первого и второго триггеров 12 и 13 и являющиеся соответственно первым и вторым выходами устройства.

Прямые выходы триггеров 12, 13 выполнены в виде открытых выходов Н-типа (см. ГОСТ 2.743-91, таблица 4), например, на транзисторах p-n-p типа с открытыми коллекторами. Выполнение прямых выходов триггеров 12, 13 в виде открытых выходов Н-типа позволяет трансформировать устройство в другой тип устройства. Т.е. это позволяет трансформировать устройство с двумя выходами, обладающее функциональными возможностями селективного устройства контроля направления перемещения нагретых металлических изделий при радиальном их перемещении, в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий с одним выходом при их радиальном и осевом перемещениях, что расширяет его функциональные возможности Такое трансформирование осуществляется простым способом без изменения его схемы, конструкции и без дополнительных энергетических затрат путем соединения между собой выходных клемм 16 и 17 устройства. Причем прямые выходы триггеров 12, 13 выполнены с уровнями нагрузочной способности, обеспечивающими коммутацию подключаемых к ним нагрузок в виде управляющих обмоток электромагнитных пускателей и слаботочных электромагнитных реле. Кроме того, нагрузкой прямых выходов триггеров 12, 13 могут быть входы логических и аналоговых микросхем. Оптический чувствительный элемент 7 и формирователь 8 импульсов включены, например, по схеме (см. "В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып.97 / Сост. Б.Г.Успенский. - М.: ДОСААФ, 1987. - 78 с., ил.", с.58, рис.13), в которой оптический чувствительный элемент 7 выполнен в виде инфракрасного фотоприемника на основе фотодиода VD1, спектральная характеристика которого согласована со спектром инфракрасного излучения контролируемых изделий 24, а формирователь 8 импульсов устройства выполнен в виде компаратора напряжения на микросхеме DA1, выход которого является выходом формирователя 8 импульсов. Выводы анода и катода фотодиода VD1 подключены соответственно к инверсному и прямому входам микросхемы DA1. Кроме фотодиода VD1 и компаратора напряжения на микросхеме DA1 схема содержит также конденсатор С1, последовательно соединенные резисторы R1, R2, первые выводы которых подключены соответственно к шине +5В и общей шине источника питания, а точка соединения их вторых выводов - к катоду фотодиода VD1 и положительному выводу конденсатора С1, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной источника питания, резистор R3*, первый вывод которого подключен к инверсному входу микросхемы DA1, второй вывод - к общей шине источника питания, резистор R4, вывод 11 микросхемы DA1 соединен с шиной +5В источника питания, вывод 6 - с общей шиной источника питания. Резисторы R1, R2 образуют делитель напряжения и устанавливают величину обратного напряжения смещения на катоде фотодиода VD1. Резистором R3* производится регулировка чувствительности фотодиода VD1 к потоку инфракрасного излучения, испускаемого нагретыми контролируемыми изделиями 24. Причем в формирователе 8 импульсов устройства (по сравнению с указанным выше литературным источником) использован вывод 2 открытого эмиттерного выхода микросхемы DA1, который служит выходом компаратора и, следовательно, выходом формирователя 8 импульсов устройства, а ее вывод 9 открытого коллекторного выхода соединен с шиной +5В источника питания. При этом резистор R4 включен между выводом 2 микросхемы DA1 и общей шиной питания. Использование открытого эмиттерного выхода в формирователе 8 импульсов устройства обеспечивает переключение в нем логических элементов 10 и 11 и триггеров 12, 13 в соответствии с требуемым алгоритмом работы схемы устройства.

С помощью резистора R3* чувствительность фотодиода VD1 к потоку инфракрасного излучения нагретых металлических контролируемых изделий 24 установлена для оптического чувствительного элемента 7 устройства на таком уровне, чтобы, например, дальность действия зоны 25 чувствительности оптического чувствительного элемента 7 вдоль оси симметрии, проведенной через центр симметрии и перпендикулярно поверхности его оптического окна, превышала дальность действия электромагнитных полей 22 и 23, образующих зоны чувствительности индуктивных чувствительных элементов 1 и 2 соответственно, вдоль осей симметрии, проведенных через центры симметрии и перпендикулярно поверхностям открытых торцов ферритовых сердечников 20, 21 индуктивных чувствительных элементов 1 и 2 соответственно.

Такая настройка зоны чувствительности оптического чувствительного элемента 7 позволяет получить в устройстве две зоны чувствительности: ближнюю зону чувствительности, в которой одновременно действуют в пределах стрелки 26 зоны чувствительности соответственно индуктивных чувствительных элементов 1 и 2 и зона 25 чувствительности оптического чувствительного элемента 7, и дальнюю зону чувствительности, в которой действует в пределах стрелки 27 только одна зона 25 чувствительности оптического чувствительного элемента 7. Это в свою очередь позволяет трансформировать функциональные возможности устройства с помощью контролируемых изделий 24: при радиальном перемещении их в пределах ближней зоны чувствительности устройства соответственно в прямом по стрелке 28 и обратном по стрелке 29 направлениях оно функционирует как селективное устройство контроля направления перемещения нагретых металлических изделий 24 с использованием соответственно первого и второго его выходов, которыми являются соответственно выходные клеммы 16 и 17; при осевом их перемещении по стрелке 30 последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение оно трансформируется из селективного устройства контроля направления перемещения нагретых металлических изделий 24 с двумя выходами в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий 24 с использованием только одного выхода устройства, которым является одна выходная клемма 16 (17), на которой отрабатывается потенциальный информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических изделий, вторая клемма 17 (16), на которой продолжает присутствовать напряжение с уровнем логического "0", соответствующее исходному состоянию устройства, при этом не задействуется.

Следовательно, наличие в устройстве ближней и дальней зон его чувствительности позволяет с помощью контролируемых изделий 24 трансформировать его функциональные возможности простым способом: без изменения его электрической схемы, без дополнительных энергетических затрат и тем самым расширить его функциональные возможности.

Индуктивный чувствительный элемент 1 или 2 включает в себя (см. фиг.3) катушку 18 или 19 индуктивности соответственно, ферритовый сердечник 20 или 21 соответственно, выполненный в виде чашки, имеющей открытый и закрытый торцы. Со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника установлена обмотка катушки индуктивности. У открытого торца чашки ферритового сердечника при подаче высокочастотного сигнала на катушку индуктивности с соответствующего генератора электрических колебаний образуется в воздушном пространстве электромагнитное поле 22 или 23. Магнитный поток этого поля замыкается через воздушное пространство между внутренним кольцевым выступом чашки, установленным внутри центрального отверстия катушки индуктивности, и наружным кольцевым выступом чашки, охватывающем своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности по ее периметру. Электромагнитное поле 22 или 23 в воздушном пространстве у открытого торца чашки соответственно ферритового сердечника 20 или 21 действует вдоль его оси симметрии, проведенной через центр торцевой поверхности открытого торца ферритового сердечника и перпендикулярно этой торцевой поверхности, и образует зону чувствительности индуктивного чувствительного элемента 1 или 2 соответственно. При этом перед закрытым торцом чашки в воздушном пространстве электромагнитное поле не возникает, так как его магнитный лоток замыкается внутри сердечника через сплошной слой феррита (вследствие небольшого его сопротивления для магнитного потока по сравнению с сопротивлением воздуха), образующий закрытый торец чашки, т.е. происходит экранирование этим слоем электромагнитного поля со стороны закрытого торца ферритового сердечника.

Плоскости открытых торцов чашек ферритовых сердечников 20, 21 чувствительных элементов 1, 2 направлены в одну сторону, т.е. в сторону контролируемого изделия 24. Индуктивные чувствительные элементы 1, 2 и оптический чувствительный элемент 7 образуют чувствительный элемент устройства. При этом поверхности открытых торцов индуктивных чувствительных элементов 1, 2 и поверхность оптического окна оптического чувствительного элемента 7 образуют чувствительную поверхность устройства.

Индуктивные чувствительные элементы 1, 2 и оптический чувствительный элемент 7 расположены в одной плоскости, в которой индуктивные чувствительные элементы 1, 2 установлены вдоль прямой линии и с зазором между их наружными боковыми поверхностями, а оптический чувствительный элемент 7, поверхность оптического окна которого направлена в сторону открытых торцов ферритовых сердечников 20, 21 индуктивных чувствительных элементов 1, 2, установлен в этой плоскости со стороны закрытых торцов ферритовых сердечников 20, 21 напротив зазора между их наружными боковыми поверхностями. При этом геометрическая ось симметрии оптического окна оптического чувствительного элемента 7 в месте этого зазора равноудалена от наружных боковых поверхностей первого и второго индуктивных чувствительных элементов 1 и 2. Ширина зазора между наружными боковыми поверхностями чувствительных элементов 1, 2 выбирается такой, чтобы обеспечивалось устранение взаимодействия электромагнитного поля 31(32) рассеяния индуктивного чувствительного элемента 1(2) с катушкой 19(18) индуктивности чувствительного элемента 2(1). Электромагнитные поля 31 и 32 рассеяния существует по периметру внешних кромок соответственно ферритовых сердечников 20 и 21, образованных поверхностями открытых торцов соответственно ферритовых сердечников 20 и 21 и их наружными боковыми поверхностями. Такое взаимное расположение, ориентация индуктивных чувствительных элементов 1, 2 и оптического чувствительного элемента 7 в пространстве всегда обеспечивает при радиальном перемещении контролируемого нагретого металлического изделия 24 по стрелке 28(29) относительно чувствительной поверхности устройства параллельно его чувствительной поверхности в пределах ближней зоны чувствительности устройства последовательное взаимодействие его с индуктивным чувствительным элементом 1(2), оптическим окном оптического чувствительного элемента 7 и с индуктивным чувствительным элементом 2(1). При этом:

1) происходит последовательно сначала взаимодействие контролируемого изделия 24 с электромагнитным полем 22(23), потом пересечение им зоны 25 чувствительности оптического чувствительного элемента 7, оставаясь при этом в зоне действия поля 22(23), и затем, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 22(23) и в зоне 25 оптического чувствительного элемента 7, оно входит в зону действия поля 23(22), далее контролируемое изделие 24 выходит из зоны действия электромагнитного поля 22(23), оставаясь при этом в зоне 25 оптического чувствительного элемента 7 и в зоне действия поля 23(22), потом контролируемое изделие 24 выходит из зоны 25 чувствительности оптического чувствительного элемента 7, оставаясь при этом в зоне действия электромагнитного поля 23(22), и на последнем отрезке своего перемещения контролируемое изделие 24 выходит из зоны действия электромагнитного поля 23(22) и, следовательно, из зоны действия чувствительной поверхности устройства;

2) при пересечении контролируемым изделием 24 электромагнитного поля 22 происходит на выходе порогового элемента 4 формирование импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электромагнитном поле 22 индуктивного чувствительного элемента 1;

3) при пересечении контролируемым изделием 24 зоны 25 чувствительности оптического чувствительного элемента 7 происходит на выходе формирователя 8 импульсов формирование импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в зоне 25 чувствительности оптического чувствительного элемента 7;

4) при пересечении контролируемым изделием 24 электромагнитного поля 23 происходит на выходе порогового элемента 6 формирование импульса напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого изделия в электромагнитном поле 23 индуктивного чувствительного элемента 2;

5) расстановка на временной оси сформированных таким образом импульсов всегда обеспечивает:

- задержку импульса выходного напряжения U3(U2) порогового элемента 6(4) относительно импульса выходного напряжения U2(U3) порогового элемента 4(6) на время меньшее, чем длительность импульса выходного напряжения U2(U3) порогового элемента 4(6):

- задержку импульса выходного напряжения U3(U2) порогового элемента 6(4) относительно импульса выходного напряжения U4 формирователя 8 на время меньшее, чем длительность импульса выходного напряжения U4 формирователя 8;

- задержку импульса выходного напряжения U4 формирователя 8 относительно импульса выходного напряжения U2(U3) порогового элемента 4(6) на время меньшее, чем длительность импульса напряжения U2(U3) последнего;

- задержку импульса выходного напряжения U6(U5) логического элемента 11(10) относительно импульса выходного напряжения U5(U6) логического элемента 10(11) на время меньшее, чем длительность импульса напряжения U5(U6) последнего;

- "охватывание" импульсом выходного напряжения U4 формирователя 8 импульсов выходных напряжений U5(U6), U6(U5) логических элементов 10(11), 11(10) соответственно;

- "охватывание" импульсом выходного напряжения U2(U3) порогового элемента 4(6) импульса выходного напряжения U5(U6) логического элемента 10(11);

- "охватывание" импульсом выходного напряжения U2(U3) порогового элемента 4(6) импульса выходного напряжения U6(U5) логического элемента 11(10);

- "охватывание" импульсом выходного напряжения U2(U3) порогового элемента 4(6) импульса выходного напряжения U4 формирователя 8.

Введение формирователя 8 импульсов, блоков 14, 15 индикации, логических элементов 10, 11, оптического чувствительного элемента 7, соответствующее взаимное расположение и ориентация его с индуктивными чувствительными элементами 1, 2 в пространстве с их соответствующими электрическими связями и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием 24, наличие в устройстве ближней и дальней зон его чувствительности, а также соответствующая обработка предложенной схемой устройства выходных сигналов генераторов 3, 5, формирователя 8 импульсов позволяют реализовать принцип действия устройства в режиме селективного бесконтактного контроля направления перемещения нагретых металлических изделий с двумя выходами и трансформирование устройства с помощью контролируемых изделий и его выходных клемм 16, 17 в датчики положения контролируемых изделий с одним выходом, обеспечивающие режимы селективного бесконтактного контроля положения нагретых металлических изделий, и тем самым расширить его функциональные возможности.

Каждый генератор 3 или 5 выполнен, например, по схеме автогенератора электрических колебаний с индуктивной трехтонкой на основе транзистора (см. книгу "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), при этом выходы индуктивного чувствительного элемента 1 или 2 подключены к цепям его колебательного контура.

Блоки 14, 15 индикации предназначены для визуального контроля режимов работы устройства, определения направления перемещения и положения контролируемых изделий, а также для тестирования исправного состояния или отказов устройства. Кроме того, с помощью блоков 14, 15 производится визуальный контроль за подачей на внешние нагрузки (на фиг.1 не показаны) сигналов управления с прямых выходов соответственно триггера 12 и триггера 13.

Каждый блок 14, 15 индикации выполнен, например, на основе (см. фиг.1) последовательно соединенных резистора, подключенного первым выводом к прямому выходу триггера 12 или к прямому выходу триггера 13, и светодиода, катод которого подключен к общей "земле" схемы устройства.

При работе устройства в режиме контроля направления перемещения контролируемых изделий происходит засвечивание светодиода блока 14, когда контролируемое изделие 24 перемещается в пределах ближней зоны чувствительности устройства радиально, например, в направлении по стрелке 28 в прямом направлении, или светодиода блока 15, когда перемещение его происходит в пределах этой зоны радиально в направлении по стрелке 29 в обратном направлении. В случае отказа устройства при работе его в этом режиме оба светодиода в одном или обоих указанных направлениях перемещения контролируемого изделия 24 остаются в погашенном состоянии.

При работе устройства в режиме селективного датчика контроля положения нагретых металлических изделий при радиальном перемещении их в направлении по стрелке 28(29) в пределах ближней зоны чувствительности устройства или при осевом перемещении их в направлении по стрелке 30 последовательно в дальнюю и ближнюю зоны чувствительности устройства и обратно в их исходное положение происходит засвечивание обоих светодиодов блоков 14, 15, так как выходы устройства включены по схеме монтажное ИЛИ. В случае отказа устройства при работе его в этом режиме оба светодиода блоков 14, 15 не засвечиваются в одном или двух, или во всех трех указанных направлениях перемещения контролируемого изделия 24.

Блок 9 установки в исходное состояние выполнен, например, по схеме (см. фиг.2), содержащей логический элемент ИЛИ-НЕ 33, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока 9, инвертор 34, вход которого соединен через конденсатор 35 с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ 33, а его выход является выходом блока 9, резистор 36, диод 37, вывод катода которого и первый вывод резистора 36 подключены к входу инвертора 34, а вывод анода диода 37 и второй вывод резистора 36 соединены с общей "землей" блока 9. Блок 9 предназначен для установки триггеров 12, 13 и, следовательно, устройства в исходное состояние в момент подачи на него напряжения питания и в моменты появления заднего фронта импульса выходного напряжения U3(U2) порогового элемента 6(4).

Устройство работает следующим образом. В момент подачи на устройство напряжения питания при нахождении контролируемого изделия 24 вне зоны чувствительной поверхности устройства (см. фиг.3) на выходе элемента 33 блока 9 устанавливается напряжение с уровнем логической "1". В результате происходит заряд конденсатора 35 через резистор 36 и формирование на резисторе 36 и входе инвертора 34 короткого импульса напряжения с уровнем логической "1". После чего на выходе инвертора 34 формируется короткий импульс напряжения U1 с уровнем логического «0» (см. фиг.4). Этот импульс устанавливает триггеры 12, 13 в исходное состояние, при котором на их прямых выходах, на входах блоков 14 и 15, на клеммах 16 и 17 устанавливаются соответственно напряжения U9 и U10 с уровнями логического «0», а на их инверсных выходах и D-входах устанавливаются напряжения уровнями логической "1". Светодиоды блоков 14 и 15 переходят в погашенное состояние. Вместе с тем генераторы 3, 5 переходят в режим генерации электрических колебаний, при котором на их выходах, на входах пороговых элементов 4, 6 устанавливаются напряжения с уровнями логического «0». В результате пороговые элементы 4 и 6 устанавливаются в такие состояния, при которых на их выходах устанавливаются соответственно напряжения U2 и U3 с уровнями логического «0», которые подаются на первые входы элемента 10, блока 9 и на второй вход блока 9, первый вход элемента 11 соответственно. Вместе с тем в момент подачи напряжения питания на устройство чувствительный элемент 7 переходит в затемненное состояние, а формирователь 8 устанавливается в такое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0", которое подается на вторые входы элементов 10, 11. Так как на обоих входах элементов 10, 11 установлены напряжения с уровнями логического "0", то на их выходах устанавливаются напряжения U5 и U6 с уровнями логического "0", которые подаются на С-входы триггеров 12 и 13 соответственно. После окончания заряда конденсатора блока 9 на его выходе и R-входах триггеров 12, 13 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1".

Таким образом, после подачи напряжения питания устройство устанавливается в исходное состояние, при котором контролируемое изделие 24 находится за пределами зоны чувствительной поверхности устройства, на клеммах 16 и 17 устанавливаются соответственно напряжения U9 и U10 с уровнями логического «0», светодиоды блоков 14 и 15 находятся в погашенном состоянии, и устройство готово к первому циклу контроля нагретых металлических изделий.

Далее рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме селективного контроля направления перемещения и в селективном режиме датчиков контроля положения нагретых металлических изделий.

1. Работа устройства в режиме селективного контроля направления перемещения нагретых металлических изделий.

Предварительно для определенности условно примем, что направление перемещения контролируемого изделия 24 по стрелке 28 будем считать прямым направлением, а перемещение его по стрелке 29 - обратным направлением.

При радиальном перемещении в пределах ближней зоны чувствительности устройства контролируемого изделия 24 в направлении, например, по стрелке 28(29) оно входит в зону действия поля 22(23). При этом происходит срыв генерации электрических колебаний генератора 3(5) вследствие внесения изделием 24 существенного затухания в его колебательный контур. В результате резко уменьшается составляющая постоянного напряжения на выходе генератора 3(5). И когда его значение становится ниже входного порогового значения напряжения триггера порогового элемента 4(6), последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2(U3) с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на первый вход элемента 10(11) и первый (второй) вход блока 9 соответственно. После чего блок 9 продолжает находиться в исходном состоянии, так как на его выходе по переднему фронту импульса выходного напряжения U2(U3) элемента 4 (6) не происходит формирования импульса напряжения U1 с уровнем логического "0", формирование которого происходит только по заднему фронту выходного напряжения U2(U3) элемента 4(6). Вместе с тем под действием выходного напряжения U2(U3) элемента 4(6) переключения элемента 10(11) в другое состояние не происходит, так как на его второй вход с выхода формирователя 8 подано напряжение U4 с уровнем логического "0", запрещающее его переключение, и он продолжает находиться в исходном состоянии.

При дальнейшем перемещении изделия 24 в выбранном направлении оно, оставаясь в зоне действия поля 22(23), входит в зону 25 чувствительности элемента 7 и засвечивает его своим инфракрасным излучением 38. В результате формирователь 8 переключается в другое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1", которое подается на вторые входы элементов 10, 11. После чего элемент 10 (11) переключается в другое состояние, и на его выходе устанавливается напряжение U5(U6) с уровнем логической "1", так как на его обоих входах установлены выходные напряжения U2(U3) и U4 с уровнями логической "1" соответственно элемента 4(6) и формирователя 8. При этом переключения элемента 11(10) в другое состояние не происходит, и он продолжает находиться в исходном состоянии, так как на его первом входе установлено выходное напряжение U3(U2) элемента 6(4) с уровнем логического "0", запрещающее его переключение. В результате по переднему фронту выходного напряжения U5 (U6) элемента 10(11) происходит переключение триггера 12(13) в другое состояние, при котором на его прямом выходе и клемме 16(17) устанавливается напряжение U9(U10) с уровнем логической "1", несущее информацию о селективном контроле перемещения изделия 24 в прямом (обратном) направлении. При этом на инверсном выходе триггера 12(13) устанавливается напряжение U7(U8) с уровнем логического "0", которое подается на D-вход триггера 13(12). После переключения триггера 12(13) в другое состояние светодиод блока 14(15) засвечивается, сигнализируя об идентификации перемещения изделия 24 в прямом (обратном) направлении.

Далее перемещающееся изделие 24, оставаясь в зоне действия поля 22(23) и в зоне 25 чувствительности элемента 7, входит в зону действия поля 23(22). В результате резко уменьшается составляющая постоянного напряжения на выходе генератора 5(3). И когда его значение становится ниже входного порогового значения напряжения триггера элемента 6(4), последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3(U2) с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на первый вход элемента 11(10) и второй (первый) вход блока 9 соответственно. После чего блок 9 продолжает находиться в исходном состоянии, так как на его выходе по переднему фронту импульса выходного напряжения U3(U2) элемента 6(4) не происходит формирования импульса напряжения U1 с уровнем логического "0", формирование которого происходит только по заднему фронту выходного напряжения U3(U2) элемента 6(4). Вместе с тем под действием выходного напряжения U3(U2) элемента 6(4) происходит переключение элемента 11(10) в другое состояние, и на его выходе устанавливается напряжение U6(U5) с уровнем логической "1", так как на обоих его входах установлены выходные напряжения U3(U2) и U4 с уровнями логической "1" соответственно элемента 6(4) и формирователя 8. Но по переднему фронту напряжения U6(U5) переключения триггера 13(12) в другое состояние не происходит, и он продолжает находиться в исходном состоянии, при котором на его прямом и инверсном выходах продолжают присутствовать соответственно напряжения U10(U9) и U8(U7) с уровнями логического "0" и логической "1", так как на D-вход триггера 13(12) с инверсного выхода триггера 12 (13) подано напряжение U7(U8) с уровнем логического "0", запрещающее его переключение.

Затем изделие 24, оставаясь в зоне 25 чувствительности элемента 7 и в зоне действия поля 23(22), выходит из зоны действия поля 22(23) элемента 1(2). В результате генератор 3 (5) переходит в режим генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние, при котором элемент 4(6) переключается также в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2(U3) с уровнем логического «0», которое подается на первый (второй) вход блока 9 и первый вход элемента 10(11). После чего элемент 10(11) переключается, и на его выходе и С-входе триггера 12(13) устанавливается напряжение U5(U6) с уровнем логического "0". При этом по заднему фронту выходного напряжения U5(U6) элемента 10(11) переключения триггера 12(13) в другое состояние не происходит, так как переключение его происходит только по переднему фронту выходного напряжения U5(U6) элемента 10(11). И на прямом и инверсном выходах триггера 12(13) продолжают присутствовать напряжения U9(U10) и U7(U8) с уровнями логической "1" и логического "0" соответственно.

Потом изделие 24, продолжая находиться в зоне действия поля 23(22), выходит за пределы зоны 25 элемента 7. В результате последний затемняется, и формирователь 8 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе и вторых входах элементов 10 и 11 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0". После чего происходит переключение элемента 11(10) в другое состояние, и на его выходе и С-входе триггера 13(12) устанавливается напряжение U6(U5) с уровнем логического "0". При этом по заднему фронту выходного напряжения U6(U5) элемента 11(10) переключения триггера 13(12) в другое состояние не происходит. И на его прямом и инверсном выходах продолжают присутствовать напряжения U10(U9) и U8(U7) с уровнями логического "0" и логической "1" соответственно.

И, наконец, на последнем промежутке своего перемещения в выбранном направлении изделие 24 выходит из зоны действия поля 23(22), т.е. за пределы чувствительной поверхности устройства, генератор 5(3) переходит в режим генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние. В результате элемент 6(4) переключается также в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U3(U2) с уровнем логического "0", которое подается на первый вход элемента 11(10) и второй (первый) вход блока 9. После чего переключения элемента 11(10) не происходит, и на его выходе и С-входе триггера 13(12) продолжает присутствовать напряжение U6(U5) с уровнем логического "0". При этом в момент переключения элемента 6(4) в исходное состояние по его заднему фронту напряжения U3(U2) происходит формирование на выходе блока 9 короткого импульса напряжения U1 с уровнем логического "0" (см. фиг.4), который подается на R-входы триггеров 12, 13 и устанавливает триггер 12(13) в исходное состояние. На этом формирование импульса напряжения U9(U10) с уровнем логической "1", несущего информацию о селективном контроле перемещения изделия 24 в прямом (обратном) направлении, на прямом выходе триггера 12(13) и клемме 16(17) заканчивается, и устройство устанавливается в исходное состояние, которое описано выше после подачи на него напряжения питания. При повторном прохождении изделия 24 относительно чувствительной поверхности устройства описанный выше в соответствии с диаграммами, приведенными на фиг.4, цикл селективного контроля направления перемещения изделия 24 повторяется.

Следовательно, при радиальном перемещении в пределах ближней зоны чувствительности устройства нагретого металлического изделия 24 в прямом направлении относительно чувствительной поверхности устройства на клемме 16 устройства отрабатывается потенциальный сигнал напряжения U9 с уровнем логической "1", несущий информацию о перемещении его в прямом направлении, а на его клемме 17 при этом присутствует напряжение U10 с уровнем логического «0». Работа устройства при этом описывается диаграммами U1-U10, приведенными на фиг.4. При радиальном перемещении в пределах ближней зоны чувствительности устройства нагретого металлического изделия 24 в обратном направлении относительно чувствительной поверхности устройства на клемме 17 устройства отрабатывается потенциальный сигнал напряжения U10 с уровнем логической "1", несущий информацию о перемещении контролируемого изделия 24 в обратном направлении, а на его клемме 16 при этом присутствует напряжение U9 с уровнем логического «0». Работа устройства при этом описывается диаграммами U1, (U2), (U3), U4, (U5) - (U10), приведенными на фиг.4.

2. Работа устройства в режиме селективного датчика контроля положения нагретых металлических изделий.

2.1. Работа устройства при трансформировании его в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий с помощью его выходных клемм.

В этом режиме выходные клеммы 16, 17 замкнуты между собой. Исходное состояние образованного таким образом датчика аналогично исходному состоянию устройства, описанному выше после подачи напряжения питания на устройство.

Устройство обеспечивает в этом случае режим селективного контроля положения нагретых металлических изделий при радиальном их перемещении по стрелке 28(29) в пределах ближней зоны его чувствительности и при осевом их перемещении по стрелке 30 последовательно в пределы дальней и ближней зон его чувствительности и обратно в исходное положение.

При радиальном перемещении контролируемого изделия 24 в направлении по стрелке 28(29) (см. фиг.3) в зону чувствительной поверхности устройства работа его описывается диаграммой U9(U10), приведенной на фиг.4. При этом на выходе образованного таким образом датчика отрабатывается информационный сигнал напряжения U9(U10) с уровнем логической "1", и происходит засвечивание светодиодов блоков 14, 15 индикации на время, равное отрезку времени (см. фиг.4) между передним фронтом импульса напряжения U4 на выходе формирователя 8 и задним фронтом импульса напряжения U3(U2) элемента 6(4).

При осевом перемещении контролируемого изделия 24 в направлении по стрелке 30 (см. фиг.3) последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение работа его описывается диаграммой U9, приведенной на фиг.4, если электрические параметры серийного образца устройства на стадии производства настроены таким образом, что дальность действия поля 22 чувствительного элемента 1 превышает дальность действия поля 23 чувствительного элемента 2, или диаграммой (U10), приведенной на фиг.4, если при этом дальность действия поля 23 чувствительного элемента 2 превышает дальность действия поля 22 чувствительного элемента 1. При этом на выходе образованного таким образом датчика отрабатывается информационный сигнал напряжения U9(U10) с уровнем логической "1", и происходит засвечивание светодиодов блоков 14, 15 индикации на время, равное времени нахождения контролируемого изделия 24 в ближней зоне чувствительности устройства.

2.2. Работа устройства при трансформировании его в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий с помощью контролируемых изделий.

Исходное состояние устройства идентично его исходному состоянию, описанному выше после подачи не него напряжения питания. Выходные клеммы 16, 17 устройства не замкнуты между собой.

В этом случае устройство обеспечивает режим селективного контроля положения нагретых металлических изделий 24 при осевом их перемещении по стрелке 30 (см. фиг.3) последовательно в пределы дальней и ближней зон его чувствительности и обратно в их исходное положение с использованием только одного выхода устройства, на котором отрабатывается информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических изделий.

Если электрические параметры серийного образца устройства на стадии производства настроены таким образом, что дальность действия поля 22 чувствительного элемента 1 превышает дальность действия поля 23 чувствительного элемента 2, то при этом работа датчика описывается диаграммой U9, приведенной на фиг.4. В этом случае на выходной клемме 16 отрабатывается информационный сигнал напряжения U9 с уровнем логической "1", и происходит засвечивание светодиода блока 14 индикации на время, равное времени нахождения контролируемого изделия 24 в ближней зоне чувствительности устройства. Причем на выходной клемме 17 информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических изделий 24 не отрабатывается, и она в этом режиме работы устройства не задействуется.

Если электрические параметры серийного образца устройства на стадии производства настроены таким образом, что дальность действия поля 23 чувствительного элемента 2 превышает дальность действия поля 22 чувствительного элемента 1, то при этом работа датчика описывается диаграммой (U10), приведенной на фиг.4. При этом на выходной клемме 17 отрабатывается информационный сигнал напряжения U10 с уровнем логической "1", и происходит засвечивание светодиода блока 15 индикации на время, равное времени нахождения контролируемого изделия 24 в ближней зоне чувствительности устройства. Причем на выходной клемме 16 информационный сигнал о контроле положения нагретых металлических изделий 24 не отрабатывается, и она в этом режиме устройства не задействуется.

Следовательно, из описания схемы и работы устройства следует, что:

- при радиальном перемещении нагретого металлического изделия 24 в пределах ближней зоны чувствительности устройства потенциальный информационный сигнал U9 на его клемме 16 однозначно соответствует прохождению относительно чувствительной поверхности устройства контролируемого изделия 24 в одном (прямом) направлении, а потенциальный информационный сигнал U10 на клемме 17 - прохождению контролируемого изделия 24 в другом (обратном) направлении, чем и обеспечивается идентификация (распознавание) направления перемещения нагретых металлических изделий;

- при соединении между собой клемм 16, 17 устройства происходит трансформирование его в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий 24 с одним выходом. При этом соединенные между собой клеммы 16, 17 образуют выход датчика. При радиальном или осевом перемещениях относительно чувствительной поверхности образованного таким образом датчика нагретого металлического изделия 24 на его выходе отрабатывается потенциальный сигнал напряжения с уровнем логической "1", несущий информацию о селективном контроле положения нагретого металлического изделия;

- при разомкнутых между собой клеммах 16, 17 устройства происходит с помощью контролируемых им изделий 24 трансформирование его в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий с использованием только одного выхода устройства, на котором отрабатывется потенциальный сигнал напряжения с уровнем логической "1", несущий информацию о селективном контроле положения нагретых металлических изделий путем перемещения их в осевом направлении последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение.

Таким образом, из описанного выше следует, что предлагаемое устройство обеспечивает трансформирование его функциональных возможностей с помощью двух способов, обеспечивающих расширение его функциональных возможностей: с помощью контролируемых изделий, когда при перемещении контролируемых изделий в радиальном направлении в пределах ближней зоны чувствительности устройства оно трансформируется ими в селективное устройство контроля направления перемещения нагретых металлических изделий с двумя выходами, а при осевом перемещении контролируемых изделий последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение оно трансформируется ими в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий с использованием только одного выхода устройства, на котором отрабатывается информационный сигнал о селективном контроле положения нагретых металлических изделий, и с помощью выходных клемм устройства, когда при соединении между собой выходных клемм устройства оно трансформируется этими клеммами в селективный датчик контроля положения нагретых металлических изделий с одним выходом, которым является точка соединения между собой выходных клемм устройства, и обеспечивает селективный контроль положения нагретых металлических изделий как при радиальном перемещении в пределах ближней зоны чувствительности устройства, так и при осевом перемещении их последовательно в пределы дальней и ближней зон чувствительности устройства и обратно в их исходное положение.