RU2006888C1

RU2006888C1 - Device for testing magnetite ore

Info

Publication number: RU2006888C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Кудрявцев; Юрий Владимирович Микляев
Original assignee: Юрий Иванович Кудрявцев; Юрий Владимирович Микляев
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: devices for measurement of magnetic susceptibility of matter. SUBSTANCE: device has generator, receiving and two compensating coils. Axes of all the coils are parallel, belong to the same plane and are perpendicular to the surface of the base mounted in parallel to the surface of tested matter. Device also has sine voltage generator, two amplifying-converting circuits, circuit for selecting maximum signal and registrar. Outputs of generator coil are connected with sine voltage generator. One output of receiving coil is connected to common bar, the other output is integrated with outputs of compensating coils. Free outputs of compensating coils are connected to inputs of amplifying-converting circuits which have outputs connected with corresponding inputs of the circuit for selecting maximum signal; output of the circuit for selecting is connected with register. Device provides very small dependence of signal on distance from centers of the coils to surface of tested matter when that distance is changed in wide range. Testing may be conducted by contact-free method during movement of vehicle filled with ferrous-contained rocks. EFFECT: improved precision of measurement of magnetic susceptibility and magnetic testing. 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измерения магнитной восприимчивости сред и предназначается для выделения магнетитовых руд и определения в них содержания железа при опробовании стенок горных выработок и оценки качества рудной массы в навалах, вагонетках и на самосвалах. The invention relates to a device for measuring the magnetic susceptibility of media and is intended to isolate magnetite ores and determine the iron content in them when testing the walls of mine workings and assess the quality of the ore mass in bulk, trolleys and dump trucks.

Известен рудничный измеритель магнитного влияния среды РИМВ-I, предназначенный для опробования магнетитовых руд [1] . РИМВ-I состоит из генератора синусоидального напряжения, усилительно-преобразовательной схемы, регистратора и набора индукционных зондов различного назначения. Для опробования в навалах горной массы, на самосвалах с железорудной породой используется индукционный зонд с соосно расположенными генераторной и приемной катушками, центры которых удалены друг от друга на 0,5 м. Первичная ЭДС приемной катушки в воздухе не скомпенсирована. При расположении зонда на поверхности магнитной среды происходит ослабление сигнала в приемной катушке. Сигнал поступает на схему, а затем подается на регистратор. Недостатком РИМВ-1 является невысокая точность измерений, обусловленная зависимостью показаний от неровностей поверхности исследуемой среды, так как изменение зазора между корпусом зонда и рудной массой лишь на 18 мм приводит к уменьшению сигнала на 5% . Known mine measuring the magnetic influence of the medium RIMV-I, designed for testing magnetite ores [1]. RIMV-I consists of a sinusoidal voltage generator, an amplifier-converter circuit, a recorder and a set of induction probes for various purposes. For testing in bulk rock, on dump trucks with iron ore, an induction probe with coaxially located generator and receiving coils, the centers of which are 0.5 m apart from each other, is used. The primary emf of the receiving coil in the air is not compensated. When the probe is located on the surface of the magnetic medium, the signal attenuates in the receiving coil. The signal is fed to the circuit, and then fed to the recorder. The disadvantage of RIMV-1 is the low measurement accuracy due to the dependence of the readings on the surface irregularities of the medium under study, since changing the gap between the probe body and ore mass by only 18 mm leads to a 5% decrease in signal.

Известен также зонд для измерения магнитной восприимчивости [2] , содержащий генераторную, приемную и компенсационную катушки, оси которых параллельны, а центры расположены в плоскости, перпендикулярной осям катушек. Оси приемной и компенсационной катушек помещены на одинаковом расстоянии от оси генераторной катушки, а плоскость расположения осей компенсационной и генераторной катушек размещена под заданным углом к плоскости расположения осей приемной и генераторной катушек. Also known is a probe for measuring magnetic susceptibility [2], containing generator, receiving and compensation coils, the axes of which are parallel and the centers are located in a plane perpendicular to the axes of the coils. The axes of the receiver and compensation coils are placed at the same distance from the axis of the generator coil, and the plane of the axes of the compensation and generator coils is placed at a given angle to the plane of the axes of the receiver and generator coils.

В воздухе генераторная катушка во встречно включенных обмотках приемной и компенсационных катушек индуцирует одинаковые по амплитуде ЭДС, которые взаимно компенсируются. При измерении оси генераторной и приемной катушек приближают до определенного расстояния к поверхности исследуемой среды. Компенсационная катушка при этом оказывается более удаленной от этой поверхности. Из-за этого вторичное поле, возникающее вследствие намагничивания среды, индуцирует в обмотках приемной и компенсационных катушек различные по амплитуде вторичные ЭДС. По разностной вторичной ЭДС определяется магнитная восприимчивость. In air, the generator coil in the on-board windings of the receiving and compensation coils induces the same EMF in amplitude, which are mutually compensated. When measuring the axis of the generator and receiver coils, they are brought closer to a certain distance to the surface of the medium under study. The compensation coil is thus more distant from this surface. Because of this, the secondary field arising as a result of magnetization of the medium induces secondary emfs of various amplitudes in the windings of the receiving and compensation coils. The differential secondary EMF determines the magnetic susceptibility.

Недостатком этого зонда является ограниченная точность измерения искомой характеристики вследствие ограниченного несколькими сантиметрами допустимого диапазона изменения зазора между рабочей стороной корпуса зонда и поверхностью среды. Кроме того, разновысотное расположение катушек увеличивает габариты зонда, что создает неудобство при его эксплуатации. The disadvantage of this probe is the limited accuracy of the measurement of the desired characteristic due to a limited range of a few centimeters of the gap between the working side of the probe body and the surface of the medium. In addition, the uneven arrangement of the coils increases the dimensions of the probe, which creates inconvenience during its operation.

Наиболее близок к изобретению зонд для опробования магнетитовых руд, принятый за прототип [3] . Он содержит генераторную, приемную и компенсационную катушки, оси которых параллельны друг другу и лежат в одной плоскости, и контактные выступы на рабочей площадке основания зонда, которые обеспечивают определенное расстояние осей катушек до поверхности исследуемой среды. Генераторная катушка подключена к генератору синусоидального напряжения. Последовательно и встречно соединенные обмотки приемной и компенсационной катушек подключены ко входу усилительно-преобразовательной схемы, выход которой соединен с регистратором. Closest to the invention is a probe for testing magnetite ores, adopted as a prototype [3]. It contains generator, receiving and compensation coils, the axes of which are parallel to each other and lie in the same plane, and contact protrusions on the working platform of the probe base, which provide a certain distance of the axes of the coils to the surface of the medium under study. The generator coil is connected to a sinusoidal voltage generator. Serially and counter-connected windings of the receiving and compensation coils are connected to the input of the amplification-conversion circuit, the output of which is connected to the recorder.

Генераторная катушка в воздухе индуцирует в обмотках приемной и компенсационной катушек одинаковые по амплитуде ЭДС, которые взаимно компенсируют одна другую. При поднесении зонда к среде генераторная катушка ее намагничивает. Поскольку обмотки приемной и компенсационной катушек расположены на разных расстояниях от генераторной катушки, магнитное поле среды индуцирует в них различные по амплитуде вторичные ЭДС. В результате в приемной цепи зонда появляется разностная ЭДС, по величине которой определяется магнитная восприимчивость среды. The generator coil in the air induces in the windings of the receiving and compensation coils the same EMF amplitude, which mutually compensate one another. When the probe is brought into the medium, the generator coil magnetizes it. Since the windings of the receiving and compensation coils are located at different distances from the generator coil, the magnetic field of the medium induces secondary emfs of different amplitudes in them. As a result, a differential EMF appears in the receiving chain of the probe, the magnitude of which determines the magnetic susceptibility of the medium.

Недостатком этого зонда является значительное снижение точности измерений при магнитном опробовании из-за влияния неровностей поверхности среды, если перепады микрорельефа превосходят несколько сантиметров. Кроме того, при измерении предполагается контакт зонда с исследуемой средой, что не позволяет проводить магнитное опробование в процессе движения, например, вагонетки или самосвала с железосодержащей породой. The disadvantage of this probe is a significant decrease in the accuracy of measurements during magnetic testing due to the influence of surface irregularities if the microrelief drops exceed several centimeters. In addition, when measuring, it is assumed that the probe contacts the test medium, which does not allow magnetic testing during the movement of, for example, a trolley or dump truck with iron-containing rock.

Цель изобретения - повышение точности измерений магнитной восприимчивости и при бесконтактном опробовании магнетитовых руд. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements of magnetic susceptibility and contactless testing of magnetite ores.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для опробования магнетитовых руд, содержащее генераторную, приемную и компенсационную катушки, оси которых параллельны друг другу и лежат в одной плоскости, основание для закрепления катушек с площадкой, устанавливаемой параллельно поверхности исследуемой среды, генератор синусоидального напряжения, усилительно-преобразовательную схему и регистратор, причем выводы генераторной катушки подключены к генератору синусоидального напряжения, один из выводов приемной катушки соединен с общей шиной, а другой вывод соединен с выводом встречно подключенной компенсационной катушки, свободный вывод которой подключен к входу усилительно-преобразовательной схемы, в соответствии с изобретением снабжено второй компенсационной катушкой, второй усилительно-преобразовательной схемой и схемой выделения большего сигнала, при этом оси всех катушек расположены перпендикулярно площадке основания, вторая компенсационная катушка одним выводом соединена с объединенными выводами приемной и компенсационной катушек, а другим выводом подключена к входу второй усилительно-преобразовательной схемы, выходы первой и второй усилительно-преобразовательной схем соединены с соответствующими входами схемы выделения большего сигнала, выход которой подключен к регистратору. This goal is achieved by the fact that the device for testing magnetite ores, containing generator, receiving and compensation coils, the axes of which are parallel to each other and lie in the same plane, the base for fixing the coils with a platform installed parallel to the surface of the medium, a sinusoidal voltage generator, amplifying a converter circuit and a recorder, wherein the terminals of the generator coil are connected to a sinusoidal voltage generator, one of the terminals of the receiver coil is connected to bus, and the other terminal is connected to the terminal of the counter-connected compensation coil, the free terminal of which is connected to the input of the amplifier-converter circuit, in accordance with the invention is equipped with a second compensation coil, a second amplifier-converter circuit and a circuit for extracting a larger signal, while the axes of all the coils located perpendicular to the base area, the second compensation coil with one output connected to the combined terminals of the receiving and compensation coils, and the other terminal dklyuchena to the input of the second amplifying circuit, the converter, the outputs of the first and second amplifying and converter circuits are connected to respective inputs of the signal allocation of more circuits whose output is connected to the logger.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - конструкция индукционного зонда устройства в разрезе; на фиг. 3 - результаты расчета геометрических факторов устройства. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device; in FIG. 2 is a sectional view of the structure of an induction probe of a device; in FIG. 3 - calculation results of the geometric factors of the device.

Обмотка генераторной катушки 1 подключена к генератору 5 синусоидального напряжения. Один вывод обмотки приемной катушки 2 соединен с общей шиной, а другой объединен с выводами обмоток компенсационной катушки 3 и второй компенсационной катушки 4, которые включены встречно по отношению к приемной катушке 2. Усилительно-преобразовательная схема содержит усилитель 6 переменного напряжения, синхронный детектор 7 и усилитель 8 постоянного тока. Вторая усилительно-преобразовательная схема содержит аналогичные элементы: усилитель 9 переменного напряжения, синхронный детектор 10 и усилитель 11 постоянного тока. Опорное напряжение на синхронные детекторы 7 и 10 поступает от генератора 5. Свободный вывод компенсационной обмотки 3 подключен к входу усилителя 6 переменного напряжения, выход которого соединен с синхронным детектором 7, подключенным к усилителю 8 постоянного тока. Свободный вывод второй компенсационной обмотки 4 подсоединен к входу усилителя 9 переменного напряжения, подключенного к синхронному детектору 10, выход которого соединен с усилителем 11 постоянного тока. Выход усилителя 8 соединен с входом схемы 12 выделения большего сигнала, а выход усилителя 11 - с вторым входом схемы 12. Выход схемы 12 подключен к регистратору 13. Особенностью предлагаемого двухканального устройства является то, что к определенному каналу можно отнести лишь ту или иную из компенсационных катушек 3 или 4. Генераторная 1 и приемная 2 катушки являются общими для обоих каналов. The winding of the generator coil 1 is connected to the generator 5 of the sinusoidal voltage. One terminal of the winding of the receiving coil 2 is connected to a common bus, and the other is combined with the terminals of the windings of the compensation coil 3 and the second compensation coil 4, which are connected counter to the receiving coil 2. The amplification-conversion circuit contains an amplifier 6 of an alternating voltage, a synchronous detector 7 and 8 dc amplifier. The second amplifier-conversion circuit contains similar elements: an amplifier 9 of an alternating voltage, a synchronous detector 10 and an amplifier 11 of a direct current. The reference voltage to the synchronous detectors 7 and 10 comes from the generator 5. The free output of the compensation winding 3 is connected to the input of the AC amplifier 6, the output of which is connected to the synchronous detector 7 connected to the DC amplifier 8. The free output of the second compensation winding 4 is connected to the input of an AC amplifier 9 connected to a synchronous detector 10, the output of which is connected to a DC amplifier 11. The output of amplifier 8 is connected to the input of the circuit 12 for extracting a larger signal, and the output of amplifier 11 is connected to the second input of circuit 12. The output of circuit 12 is connected to the recorder 13. A feature of the proposed two-channel device is that only one or another of the compensation channels can be assigned to a specific channel coils 3 or 4. Generator 1 and receiver 2 coils are common to both channels.

Схема 12 выделения большего сигнала в простейшем исполнении содержит два диодных элемента, у которых одни одноименные выводы соединены с выходами усилителей 8 и 11, а другие одноименные выводы объединены и подключены к общей нагрузке, например входному сопротивлению регистратора 13. Аналогично тому, как это происходит при выпрямлении двух переменных напряжений, сдвинутых относительно друг друга по фазе на 180^о или 120^о, диодные элементы схемы 12 пропускают на общую нагрузку наибольший по величине сигнал, имеющий к тому же необходимую полярность.The circuit 12 for extracting a larger signal in its simplest version contains two diode elements in which one of the same terminals are connected to the outputs of the amplifiers 8 and 11, and the other terminals of the same name are combined and connected to a common load, for example, the input resistance of the recorder 13. Similarly, when this happens when straightening the two alternating voltages, shifted with respect to each other in phase by ¹⁸⁰ or ^120, diode circuit elements 12 are passed to common load greatest largest signal having moreover necessary polyarnos Th.

Индукционный зонд устройства (фиг. 2) содержит генераторную 1, приемную 2, компенсационную 3 и вторую компенсационную 4 катушки. Компенсационная катушка 3 приближена к генераторной катушке 1 и более удалена от приемной катушки 2. Вторая компенсационная катушка 4, наоборот, более приближена к приемной катушке 2, чем к генераторной катушке 1. Оси всех катушек параллельны друг другу и лежат в плоскости разреза. На фиг. 2 показаны расстояния l_гп, l_гк ⁽¹⁾, l_гк ⁽²⁾ от центра генераторной катушки 1 соответственно до центров приемной катушки 2, компенсационной катушки 3 и второй компенсационной катушки 4. Наибольшее расстояние l_гп принимается за длину зонда. Катушки закреплены на изготовленном из изоляционного материала основании 14 с площадкой, по отношению к второй оси катушек расположены перпендикулярно. Благодаря подвеске основания на тросс-кабеле 15 с помощью растяжек 16 площадка основания 14 устанавливается параллельно, а оси катушек 1, 2, 3 и 4 перпендикулярно предполагаемой горизонтальной поверхности среды 17. Расстояние от центров катушек до поверхности среды 17 обозначено h. Выбор данного варианта ориентирующего приспособления из других возможных объясняется тем, что наружную поверхность рудосодержащей породы, насыпанной в вагонетку или самосвал, в первом приближении можно рассматривать в качестве горизонтальной поверхности, хотя и осложненной некоторой конусностью.The induction probe of the device (Fig. 2) contains a generator 1, receiving 2, compensation 3 and a second compensation 4 coils. The compensation coil 3 is closer to the generator coil 1 and more removed from the receiving coil 2. The second compensation coil 4, on the contrary, is closer to the receiving coil 2 than to the generating coil 1. The axes of all coils are parallel to each other and lie in the plane of the cut. In FIG. 2 shows the distances l _gp , l _gk ⁽¹⁾ , l _gk ⁽²⁾ from the center of the generating coil 1, respectively, to the centers of the receiving coil 2, the compensation coil 3 and the second compensation coil 4. The largest distance l _{gp is} taken as the length of the probe. The coils are mounted on a base 14 made of insulating material with a pad, and are arranged perpendicular to the second axis of the coils. Due to the suspension of the base on the cable 15 using braces 16, the base area 14 is installed in parallel, and the axis of the coils 1, 2, 3 and 4 perpendicular to the assumed horizontal surface of the medium 17. The distance from the centers of the coils to the surface of the medium 17 is indicated by h. The choice of this variant of orienting device from other possible ones is explained by the fact that the outer surface of ore-bearing rock poured into a trolley or dump truck can be considered, to a first approximation, as a horizontal surface, although complicated by a certain taper.

Расчетные графики геометрических факторов (фиг. 3) выражают зависимость сигналов от расстояния h между центрами катушек 1, 2, 3, 4 и поверхностью среды 17. Кривая 18 представляет эту зависимость для первого канала, содержащего компенсационную катушку 3, которая приближена к генераторной катушке 1, и элементы 6, 7 и 8 усилительно-преобразовательной схемы. Кривая 19 характеризует зависимость от h сигнала второго канала, содержащего компенсационную катушку 4, которая приближена к приемной катушке 2, и элементы 9, 10 и 11 второй усилительно-преобразовательной схемы. Геометрический фактор G устройства в целом, выражающий зависимость от h сигнала на выходе схемы выделения большего сигнала 12, состоит из частей кривых 18 и 19, соприкасающихся в точке их пересечения и показанных на фиг. 3 сплошными линиями. При изменении расстояний между центрами катушек l_гк ⁽¹⁾ и l_гк ⁽²⁾геометрические характеристики зонда изменяются (кривые 20 и 21).The calculated graphs of geometric factors (Fig. 3) express the dependence of the signals on the distance h between the centers of the coils 1, 2, 3, 4 and the surface of the medium 17. Curve 18 represents this dependence for the first channel containing a compensation coil 3, which is close to the generator coil 1 , and elements 6, 7 and 8 of the amplification-conversion circuit. Curve 19 characterizes the dependence on h of the signal of the second channel containing the compensation coil 4, which is close to the receiving coil 2, and elements 9, 10 and 11 of the second amplification-conversion circuit. The geometric factor G of the device as a whole, which expresses the dependence on h of the signal at the output of the extraction circuit of the larger signal 12, consists of parts of curves 18 and 19 that are in contact at their intersection and are shown in FIG. 3 solid lines. When the distances between the centers of the coils l _gk ⁽¹⁾ and l _gk ⁽²⁾ change, the geometric characteristics of the probe change (curves 20 and 21).

Работа предложенного устройства заключается в следующем. Генераторная катушка 1 создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле. В воздухе при отсутствии магнитной среды это поле индуцирует во встречно включенных обмотках приемной катушки 2 и компенсационной катушки 3 (катушки 4) одинаковые по амплитуде, но противоположные по фазе ЭДС, которые взаимно компенсируют друг друга. При расположении зонда над исследуемой средой 17 полем генераторной катушки 1 происходит ее намагничивание. Появляющееся вторичное магнитное поле индуцирует в обмотках приемной 2, компенсационной 3 и второй компенсационной 4 катушек различные по амплитуде ЭДС. В результате чего на входе усилителя 6 появляется ЭДС Δε₁, равная разности вторичных ЭДС приемной 2 и компенсационной 3 катушек, а на входе усилителя 9 - ЭДС Δε₂, равная разности вторичных ЭДС приемной 2 и второй компенсационной 4 катушек. Разностные ЭДС Δε₁ и Δε₂ достигают максимальных значений там же, где и геометрические факторы, например 18 и 19, т. е. при различных расстояниях h центров катушек от поверхности исследуемой среды. Значительное преобладание максимального значения Δε₁ над максимальным значением Δε₂ нивелируются благодаря меньшему коэффициенту передачи напряжения усилительно-преобразовательной схемы, содержащей элементы 6, 7 и 8, по сравнению с коэффициентом передачи второй усилительно-преобразовательной схемы, содержащей элементы 9, 10 и 11. Разностные ЭДС Δε₁ и Δε₂ усиливаются усилителями 6 и 9, выпрямляются синхронными детекторами 7 и 10. После фильтрации постоянные или медленно меняющиеся сигналы усиливаются усилителями 8 и 11 и поступают на два входа схемы 12 выделения большего сигнала. Эта схема пропускает на вход регистратора 13 тот сигнал, который оказался большим при данном расстоянии h. По величине фиксируемого в аналоговой или цифровой форме результата определяется магнитная восприимчивость среды 17.The operation of the proposed device is as follows. The generator coil 1 creates an alternating magnetic field in the surrounding space. In air, in the absence of a magnetic medium, this field induces in the counter-wound windings of the receiving coil 2 and compensation coil 3 (coil 4) the same in amplitude, but opposite in phase EMF, which mutually cancel each other. When the probe is located above the test medium 17 by the field of the generator coil 1, it is magnetized. The emerging secondary magnetic field induces in the windings of the receiving 2, compensation 3 and second compensation 4 coils of different EMF amplitudes. As a result, at the input of amplifier 6 appears EMF Δε ₁ equal to the difference of the secondary EMF of receiving 2 and compensation 3 coils, and at the input of amplifier 9 - EMF Δε ₂ equal to the difference of the secondary EMF of receiving 2 and the second compensation 4 coils. The difference EMFs Δε ₁ and Δε ₂ reach their maximum values in the same place as the geometric factors, for example, 18 and 19, i.e., at different distances h of the centers of the coils from the surface of the medium under study. A significant predominance of the maximum value of Δε ₁ over the maximum value of Δε _{2 is} leveled due to the lower voltage transfer coefficient of the amplification-conversion circuit containing elements 6, 7 and 8, compared with the transmission coefficient of the second amplification-conversion circuit containing elements 9, 10 and 11. Difference EMF Δε ₁ and Δε ₂ amplified by amplifiers 6 and 9 are straightened synchronous detectors 7 and 10. After filtering constant or slowly varying signals are amplified by amplifiers 8 and 11 and applied to two input selection circuit 12 the bigger signals. This circuit passes to the input of the recorder 13 the signal that turned out to be large at a given distance h. The magnitude of the result recorded in analog or digital form determines the magnetic susceptibility of the medium 17.

Благодаря наличию максимумов у кривых геометрического фактора 18 и 19 (20 и 21) существенно уменьшается влияние изменений воздушного зазора между площадкой основания зонда и поверхностью исследуемой среды, а также влияние неровностей этой поверхности. Due to the presence of maxima in the curves of the geometric factor 18 and 19 (20 and 21), the influence of changes in the air gap between the base of the probe base and the surface of the medium under study is significantly reduced, as well as the influence of irregularities of this surface.

Максимумы кривых 18 и 20 оказались значительно более пологими и достигаются при больших абсциссах h_макс

0,6 l

о сравнению с известным устройством, для которого h_макс = 0,2 l_гп [3] . Это преимущество предлагаемого устройства возникает благодаря расположению осей всех катушек перпендикулярно площадке основания 14, а, следовательно, и поверхности исследуемой среды, в то время как у известного устройства оси катушек параллельны этой поверхности. Благодаря введению второго канала с компенсационной катушкой 4 и второй усилительно-преобразовательной схемой с элементами 9, 10, 11, а также применению схемы 12 выделения большего сигнала, у кривой геометрического фактора устройства появляется второй максимум, что существенно расширяет допустимый диапазон изменения расстояния h. Все это повышает точность магнитного опробования, позволяет производить бесконтактные измерения и измерения в движении исследуемого объекта.The maxima of

curves

18 and 20 turned out to be much more gentle and are achieved at large abscissas h _max

0.6 l

compared with the known device for which h _max = 0.2 l _gp [3]. This advantage of the proposed device arises due to the location of the axes of all coils perpendicular to the platform of the base 14, and, consequently, the surface of the medium under study, while the axes of the coils of the known device are parallel to this surface. Due to the introduction of a second channel with a compensation coil 4 and a second amplifier-converter circuit with

elements

9, 10, 11, as well as the use of a larger signal extraction circuit 12, a second maximum appears in the curve of the geometric factor of the device, which significantly expands the permissible range of variation of the distance h. All this increases the accuracy of magnetic testing, allows for non-contact measurements and measurements in the movement of the investigated object.

Работа устройства и расчет его характеристик базируются на следующих теоретических предпосылках. The operation of the device and the calculation of its characteristics are based on the following theoretical premises.

Как известно, разностные ЭДС в случае плоской поверхности среды можно выразить формулами
Δε₁ = ε_oG₁κ' _Δε2 = ε_oG₂ κ', (1) причем κ′= κ/(1+0.5κ), (2) где κ - магнитная восприимчивость среды в системе СИ;
κ' - кажущаяся восприимчивость;
ε_o - ЭДС приемной 2, компенсационной 3 и второй компенсационной 4 катушек в воздухе;
G₁ - геометрический фактор зонда, учитывающий взаимодействие со средой индукционной системы генераторная катушка 1 - приемная катушка 2 - компенсационная катушка 3;
G₂ - геометрический фактор зонда, учитывающий взаимодействие со средoй индукционной системы генераторная катушка 1 - приемная катушка 2 - вторая компенсационная катушка 4.As is known, difference EMFs in the case of a flat surface of a medium can be expressed by the formulas
Δε ₁ = ε _o G ₁ κ ' _Δε2 = ε _o G ₂ κ', (1) where κ ′ = κ / (1 + 0.5κ), (2) where κ is the magnetic susceptibility of the medium in the SI system;
κ '- apparent susceptibility;
ε _o - EMF receiving 2, compensation 3 and the second compensation 4 coils in the air;
G ₁ - the geometric factor of the probe, taking into account the interaction with the medium of the induction system; generator coil 1 - receiving coil 2 - compensation coil 3;
G ₂ is the geometric factor of the probe, taking into account the interaction with the medium of the induction system; generator coil 1 - receiving coil 2 - second compensation coil 4.

В случае ориентирования осей катушек перпендикулярно плоской поверхности при условии пренебрежения влиянием конечных размеров катушек геометрические факторы представляются формулами:
G₁= 0.5

1+4

2-

0,5

1+4

2-

; (3)
G₁= 0.5

1+4

2-

0,5

1+4

2-

; (4)
Как показывают расчеты, функции G₁ и G₂ достигают максимумов в некоторых точках h⁽¹⁾ _макс и h⁽²⁾ _макс, принимая там наибольшие значения G_1макс и G_2макс. Так как длина l_гк ⁽¹⁾ < l_гк ⁽²⁾, то высота h⁽¹⁾ _макс < h⁽²⁾ _макс, но максимум G_1макс значительно преобладает над G_2макс.In the case of orienting the axes of the coils perpendicular to a flat surface, provided that the influence of the final dimensions of the coils is neglected, the geometric factors are represented by the formulas:
G ₁ = 0.5

1 + 4

2-

0.5

1 + 4

2-

; (3)
G ₁ = 0.5

1 + 4

2-

0.5

1 + 4

2-

; (4)
As calculations show, the functions G ₁ and G ₂ reach their maxima at some points h ⁽¹⁾ _max and h ⁽²⁾ _max , taking the highest values of G _1max and G _{2max there} . Since the length l _hk ⁽¹⁾ <l _hk ⁽²⁾ , the height h ⁽¹⁾ _max <h ⁽²⁾ _max , but the maximum G _1max significantly prevails over G _2max .

Разностные ЭДС Δε₁ и Δε₂ преобразуются на выходах усилителей 8 и 11 в напряжения Δ U₁ и Δ U₂ сигналов
Δ U₁ = k₁ ε_oG₁κ' ; Δ U₂ = k₂ ε_oG₂ κ' , (5) где k₁ - коэффициент передачи по напряжению усилительно-преобразовательной схемы с элементами 6, 7 и 8;
k₂ - коэффициент передачи по напряжению второй усилительно-преобразовательной схемы с элементами 9, 10 и 11.The differential EMF Δε ₁ and Δε _{2 are} converted at the outputs of amplifiers 8 and 11 to the voltage Δ U ₁ and Δ U ₂ signals
Δ U ₁ = k ₁ ε _o G ₁ κ '; Δ U ₂ = k ₂ ε _o G ₂ κ ', (5) where k ₁ is the voltage transfer coefficient of the amplification-conversion circuit with elements 6, 7 and 8;
k ₂ - voltage transfer coefficient of the second amplification-conversion circuit with elements 9, 10 and 11.

Соотношение между этими коэффициентами должно быть выбрано таким, чтобы обеспечивалось выравнивание максимальных сигналов Δ U_1макс= Δ U_2макс. Как видно из формулы (5), это возможно при выполнении равенства k₁G_1макс = k₂G_2макс, из которого следует необходимое значение отношения τ коэффициентов передач
τ= k₁/k₂= G_2макс/G_1макс . (6)
На практике обе усилительно-преобразовательные схемы лучше выполнять с одинаковыми характеристиками, ослабляя сигнал Δε₁ на входе усилителя 6 переменного тока с помощью резисторного делителя в 1/τ раз.The ratio between these coefficients should be chosen so that the alignment of the maximum signals Δ U _1max = Δ U _2max . As can be seen from formula (5), this is possible if the equality k ₁ G _1max = k ₂ G _{2max is fulfilled} , from which the necessary value of the ratio τ of gear ratios
τ = k ₁ / k ₂ = G _2max / G _1max . (6)
In practice, both amplifier-converter circuits are best performed with the same characteristics, attenuating the signal Δε ₁ at the input of the AC amplifier 6 using a resistor divider by 1 / τ times.

Схема 12 выделения большего сигнала пропускает больший из сигналов Δ U₁ или Δ U₂ на вход регистратора. Соотношение между сигналами Δ U₁ и Δ U₂ зависит в силу формул (5) и (6) от соотношения между величинами τ G₁ и G₂, из которых при относительно меньших расстояниях h преобладает τ G₁, а при больших h - G₂.The larger signal extraction circuit 12 passes the larger of the signals Δ U ₁ or Δ U ₂ to the input of the recorder. The relation between the signals Δ U ₁ and Δ U ₂ depends, by virtue of formulas (5) and (6), on the relation between the quantities τ G ₁ and G ₂ , of which, at relatively smaller distances h, τ G ₁ prevails, and for large h, G ₂ .

Таким образом, учитывая наличие схемы 12 выделения большего сигнала, на основании формул (5) и (6) можно ввести общий геометрический фактор G устройства, определяемый равенствами G=

(7)
Расчетные кривые геометрического фактора G для двух вариантов конструкции зонда как функции отношения высоты h к длине зонда l_гпприведены на фиг. 3.Thus, taking into account the presence of the circuit 12 for extracting a larger signal, based on formulas (5) and (6), we can introduce the general geometric factor G of the device, defined by the equalities G =

(7)
The calculated curves of the geometric factor G for two versions of the probe design as a function of the ratio of the height h to the probe length l _gn are shown in FIG. 3.

В первом варианте расстояния от центра генераторной катушки 1 до центров компенсационных катушек 3 и 4 принимаются равными l_кг ⁽¹⁾ = 0,3 _lгп и l_гк ⁽²⁾ = 0,7 l_гп. По рассчитанным по формулам (3) и (4) значениям G₁ и G₂ находились максимальные значения G_1макс и G_2макс и по формуле (6) вычислено τ = 0,42. Кривая 18 фиг. 3, изображающая график τ G₁, и кривая 19, изображающая график G₂, пересекаются в точке h/l_гп = 0,74. По обе стороны от этой точки ветви кривых, отвечающие преобладающим значениям геометрических факторов, изображены сплошными линиями, а ветви кривых с пониженными значениями τ G₁ и G₂ - пунктирными линиями. В силу формул (7) сплошная кривая, составленная из сплошных ветвей графиков 18 и 19 и имеющая небольшой локальный минимум в указанной точке, и является графиком общего геометрического фактора G.In the first embodiment, the distance from the center of the generating coil 1 and the compensation coil centers 3 and 4 are taken to be l _kg ⁽¹⁾ = 0.3 l _lgp and _zk ⁽²⁾ = 0,7 l _r. As calculated by the formulas (3) and (4) the values G ₁ and G ₂ are maximal values of G and G _1maks _2maks and formula (6) Calcd τ = 0,42. Curve 18 of FIG. 3, which depicts a graph of τ G ₁ , and curve 19, depicts a graph of G ₂ , intersect at h / l _rn = 0.74. On both sides of this point, the branches of the curves corresponding to the prevailing values of geometric factors are shown by solid lines, and the branches of the curves with reduced values of τ G ₁ and G ₂ are shown by dashed lines. By virtue of formulas (7), a solid curve composed of solid branches of graphs 18 and 19 and having a small local minimum at the indicated point is a graph of the general geometric factor G.

Если исходить из приемлемой погрешности вследствие влияния высоты h и неровностей поверхности среды в ±10% допустимый диапазон изменения h при номинальном значении геометрического фактора G = 0,034 простирается от h₁ = 0,51 l_гп до h₂ = 1,06 l_гп, а его протяженность h₂ - h₁ = 0,55 l_гп. Значение оптимальной высоты h составляет h_опт = 0,79 l_гп. Например, при длине зонда l_гп = 100 см оптимальная высота h_опт = 79 см, а допустимые отклонения h от нее составляют ±28 см.If we proceed from an acceptable error due to the influence of the height h and surface roughness of the medium by ± 10%, the permissible range of variation of h at the nominal value of the geometric factor G = 0.034 extends from h ₁ = 0.51 l _gp to h ₂ = 1.06 l _gp , and its length h ₂ - h ₁ = 0.55 l _gp . The value of the optimal height h is h _opt = 0.79 l _gp . For example, with the probe length l _rn = 100 cm, the optimal height h _opt = 79 cm, and the permissible deviations h from it are ± 28 cm.

Если принять допустимую ошибку из-за изменений h в пределах ±5% , то номинальное значение геометрического фактора составит G = 0,037, а h₁ = 0,56 l_гп, h₂ = 0,95 l_гп и h₂ - h₁ = 0,39 l_гп. Оптимальная высота при этом равна h_опт = 0,76 l_гп, а допустимые отклонения от нее - ±0,20 l_гп.If we accept the allowable error due to changes in h within ± 5%, then the nominal value of the geometric factor will be G = 0.037, and h ₁ = 0.56 l _gp , h ₂ = 0.95 l _gp and h ₂ - h ₁ = 0.39 l _gp . The optimal height in this case is equal to h _opt = 0.76 l _gp , and the permissible deviations from it are ± 0.20 l _gp .

Во втором варианте расстояния от центра генераторной катушки 1 до центров компенсационных катушек 3 и 4 принима- ются равными: l_гп ⁽¹⁾ = 0,2 l_гп и l_гп ⁽²⁾ = 0,8 l_гп. На основании расчетных данных для G₁ и G₂ по формуле (6) определено значение τ= 0,25.In the second variant, the distances from the center of the generator coil 1 to the centers of the compensation coils 3 and 4 are taken to be equal to: l _GP ⁽¹⁾ = 0.2 l _GP and l _GP ⁽²⁾ = 0.8 l _GP . Based on the calculated data for G ₁ and G ₂ , the value τ = 0.25 is determined by formula (6).

При допустимой погрешности ±10% и номинальной величине геометрического фактора G = 0,0215 граничные высоты составляют: h₁ = 0,49 l_гп и h₂ = 1,13 l_гп, а протяженность допустимого интервала h₂ - h₁= = 0,64 l_гп. Оптимальная высота h_опт = 0,81 l_гп, а приемлемые отклонения от нее ±0,32 l_гп. Следовательно, при длине зонда l_гп = 100 см оптимальная высота h_опт = 81 см, а допустимые отклонения h от нее достигают ±32 см.With an allowable error of ± 10% and a nominal value of the geometric factor G = 0.0215, the boundary heights are: h ₁ = 0.49 _lgp and h ₂ = 1.13 _lgp , and the length of the allowable interval h ₂ - h ₁ = = 0 , 64 l _gp . The optimal height h _opt = 0.81 l _gp , and acceptable deviations from it ± 0.32 l _gp . Therefore, with the probe length l _rn = 100 cm, the optimal height h _opt = 81 cm, and the permissible deviations h from it reach ± 32 cm.

Если снизить допустимую ошибку до ±5% , то номинальное значение G = 0,0227, h₁ = 0,52 l_гп, h₂ = 1,02 l_гп и h₂ - h₁ = 0,5 l_гп. Оптимальная высота в этом случае h_опт = 0,77 l_гп, а возможные отклонения от нее - ±25 l_гп.If the permissible error is reduced to ± 5%, then the nominal value G = 0.0227, h ₁ = 0.52 l _gp , h ₂ = 1.02 l _gp and h ₂ - h ₁ = 0.5 l _gp . The optimal height in this case is h _opt = 0.77 l _gp , and the possible deviations from it are ± 25 l _gp .

Глубинность исследования h_гл, определенная по толщине слоя среды, который дает 90% вклад в сигнал Δε₁, составляет для первого варианта зонда 1,9 l_гп, а для второго варианта 2 l_гп. Еще больше величина h_гл для канала регистрации сигнала Δε₂.The research depth h _hl , determined by the thickness of the medium layer, which makes a 90% contribution to the signal Δε ₁ , is 1.9 l _gp for the first probe variant, and 2 l _gp for the second variant. Even more h _hl for the signal recording channel Δε ₂ .

Для проверки теоретических данных был изготовлен лабораторный макет с отношениями длин l_гк ⁽¹⁾/l_гп и l_гк ⁽²⁾/_lгп, отвечающими первому рассмотренному варианту зонда. Генераторная 1 и приемная 2 катушки макета были выполнены одинаковыми с наружным диаметром обмотки 20 мм и высотой 10 мм с количеством витков W = 3000. Для увеличения чувствительности генераторная катушка 1 снабжалась ферромагнитным сердечником. Компенсационные катушки 3 и 4 имели меньшие размеры, а количество витков в них подбиралось из условия компенсации ЭДС приемной катушки 2 в воздухе. Расстояния центров приемной 2, компенсационной 3 и второй компенсационной 4 катушек от центра генераторной катушки были выбраны следующими: l_гп = 100 мм, l_гк ⁽¹⁾ = 30 мм, l_гк ⁽²⁾ = 70 мм. На генераторную катушку 1 подавалось синусоидальное напряжение 50 В частотой 1000 Гц. Первичная ЭДС в воздухе на катушках 2, 3 и 4 составила ε_o = 20,5 мВ. Методом отраженного источника для различных расстояний h измерялись вторичные ЭДСΔε₁ и Δε₂ и по формулам (1) и (7) при максимальном значении κ = 2 СИ вычислялись величины геометрического фактора. Экспериментальные значения G в пределах точности измерений хорошо согласуются с теоретическими данными (точки на фиг. 3). Таким образом, графики фиг. 3 могут быть использованы при конструировании индукционных зондов предлагаемого устройства с реальными габаритными размерами.To verify the theoretical data, a laboratory mock-up was made with ratios of lengths l _gk ⁽¹⁾ / l _gp and l _gk ⁽²⁾ / _lgp corresponding to the first considered version of the probe. Generator 1 and receiving 2 coils of the layout were made identical with the outer diameter of the winding 20 mm and a height of 10 mm with a number of turns W = 3000. To increase the sensitivity, the generator coil 1 was supplied with a ferromagnetic core. The compensation coils 3 and 4 were smaller, and the number of turns in them was selected from the conditions of compensation of the EMF of the receiving coil 2 in the air. The distances of the centers of receiving 2, compensation 3 and second compensation 4 coils from the center of the generator coil were chosen as follows: l _gp = 100 mm, l _gk ⁽¹⁾ = 30 mm, l _gk ⁽²⁾ = 70 mm. A sinusoidal voltage of 50 V at a frequency of 1000 Hz was supplied to the generator coil 1. The primary EMF in the air on coils 2, 3 and 4 was ε _o = 20.5 mV. The secondary emf Δε ₁ and Δε ₂ were measured for various distances h using the reflected source method, and the geometric factor was calculated using formulas (1) and (7) with a maximum value of κ = 2 SI. The experimental values of G, within the limits of measurement accuracy, are in good agreement with theoretical data (points in Fig. 3). Thus, the graphs of FIG. 3 can be used in the construction of induction probes of the proposed device with real overall dimensions.

По сравнению с известным устройством [3] предлагаемое при той же длине зонда обладает рядом существенных преимуществ: значительно пониженным влиянием неровностей поверхности исследуемой среды, в несколько раз увеличенными оптимальным расстоянием h_опт до этой поверхности и допустимые диапазоном отклонений от h_опт, а также в 2 раза большей глубинностью исследований.Compared with the known device [3], the probe with the same probe length has a number of significant advantages: significantly reduced influence of surface irregularities of the medium under study, several times increased by the optimal distance h _opt to this surface and the permissible range of deviations from h _opt , and also by 2 times greater depth of research.

Например, допуская погрешность ±5% , при одинаковой длине l_гп = 100 см зондов имеем: h_опт = 77 см с отклонением h от h_опт в пределах ±25 см в случае предлагаемого устройства с l_гк ⁽¹⁾ = 20 см и l_гк ⁽²⁾ = 80 см; для известного же зонда h_опт = 25 см при допустимом отклонении от h_опт - ±9 см.For example, assuming an error of ± 5%, with the same length l _gn = 100 cm of probes, we have: h _opt = 77 cm with a deviation of h from h _opt within ± 25 cm in the case of the proposed device with l _gk ⁽¹⁾ = 20 cm and l _gk ⁽²⁾ = 80 cm; for the known probe h _opt = 25 cm with a permissible deviation from h _opt - ± 9 cm.

Таким образом, предлагаемое устройство повышает точность определения магнитной восприимчивости и магнитного опробования. Кроме того, оно впервые позволяет проводить магнитное опробование бесконтактным методом и в процессе движения транспортного средства с железосодержащей породой (вагонетки, самосвала). (56) 1. Рудничный измеритель магнитного влияния среды РИМВ-I. Каталог геофизической аппаратуры. М. : Недра, 1975. Thus, the proposed device improves the accuracy of determination of magnetic susceptibility and magnetic testing. In addition, for the first time, it allows magnetic testing by the non-contact method and in the process of moving a vehicle with iron-containing rock (trolleys, dump trucks). (56) 1. The mine measuring instrument of the magnetic influence of the medium RIMV-I. Catalog of geophysical equipment. M.: Nedra, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР N 1018088, кл. G 01 V 3/18, 1983. 2. Copyright certificate of the USSR N 1018088, cl. G 01 V 3/18, 1983.

3. Авторское свидетельство СССР N 555822, кл. G 01 V 3/165, 1976. 3. Copyright certificate of the USSR N 555822, cl. G 01 V 3/165, 1976.

Claims

A device for testing magnetite ores containing generator, receiving and compensation coils, the axes of which are parallel to one another and lie in the same plane, a base for securing the coils with a platform mounted parallel to the surface of the medium under study, a sinusoidal voltage generator, an amplifier-converter circuit and a registrar, the terminals of the generator coil are connected to a sinusoidal voltage generator, one of the terminals of the receiver coil is connected to a common bus, and the other terminal is connected to water counter-connected compensation coil, the free output of which is connected to the input of the amplifier-converter circuit, characterized in that it is equipped with a second compensation coil, a second amplifier-converter circuit and a circuit for extracting a larger signal, while the axes of all coils are perpendicular to the base area, the second compensation the coil with one output is connected to the combined outputs of the receiving and compensation coils, and the other output is connected to the input of the second amplifier azovatelnoy circuit outputs the first and second amplifying and conversion circuits coupled to corresponding inputs of the signal allocation of more circuits whose output is connected to the logger.