RU2359233C1

RU2359233C1 - Multifunction item control sensor

Info

Publication number: RU2359233C1
Application number: RU2008102908/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Карпенко (RU); Сергей Владимирович Карпенко
Original assignee: Сергей Владимирович Карпенко
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-06-20

Abstract

FIELD: automatics.

SUBSTANCE: invention refers to automation of processes in engineering industry and can be used for controlling the position of metal and non-metal items without mechanical contact with them. Sensing element (SE) of the sensor is formed both by capacitive and inductive SE. When moving controllable items relative to SE the sensor provides modes both of selective and non-selective control thereof. There provided is the possibility of setting the strobing mode of the sensor in initial condition whereunder the sensor is not activated from controllable items. For choosing the required mode there provided are two sensor inputs. Sensor provides increased reliability in all its operating modes when foreign metal objects penetrate into the operating range of electromagnetic field of SE thereof. Owing thereto, in selective control mode of non-metal items there can be eliminated malfunctions from foreign metal objects penetrating into the operating ranges of electric and electromagnetic fields of SE thereof.

EFFECT: multifunction item control sensor.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов в машиностроении и предназначено для контроля положения неметаллических и металлических изделий, а также исполнительных органов технологического оборудования без механического контакта с ними.The invention relates to the field of automation of production processes in mechanical engineering and is intended to control the position of non-metallic and metal products, as well as executive bodies of technological equipment without mechanical contact with them.

Известен датчик, содержащий индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в открытой чашке ферритового сердечника, генератор электрических колебаний, к цепям колебательного контура которого подключен индуктивный чувствительный элемент, пороговый элемент, вход которого соединен с выходом генератора электрических колебаний, выходную клемму, являющуюся выходом датчика (см. авторское свидетельство СССР №807401, кл. МКИ³ Н01Н 36/00 "Бесконтактный торцовый переключатель", 1981).A known sensor containing an inductive sensitive element, made in the form of an inductor placed in an open cup of a ferrite core, an electric oscillation generator, to the circuits of the oscillatory circuit of which an inductive sensitive element is connected, a threshold element whose input is connected to the output of the electric oscillation generator, an output terminal, which is the sensor output (see USSR author's certificate No. 807401, class MKI ³ H01H 36/00 "Contactless mechanical switch", 1981).

Такой датчик имеет суженные функциональные возможности из-за того, что он наряду с контролем металлических изделий не обеспечивает контроль неметаллических изделий и не обладает селективностью (избирательностью) контроля к каждому из них, так как реагирует только на металлические изделия. Кроме того, такой датчик обладает низкой надежностью контроля металлических изделий из-за прохождения на его выход ложных срабатываний при случайном попадании посторонних металлических предметов в зону действия электромагнитного поля его индуктивного чувствительного элемента, когда датчик находится в исходном состоянии, а контролируемое им изделие находится вне зоны действия его индуктивного чувствительного элемента. При этом ложные срабатывания проявляются на выходе датчика в виде ложных импульсов напряжения с уровнем логической "1".Such a sensor has a narrowed functionality due to the fact that, along with the control of metal products, it does not provide control of non-metal products and does not have selectivity (selectivity) of control for each of them, since it only responds to metal products. In addition, such a sensor has a low reliability of control of metal products due to false alarms when it accidentally gets foreign metal objects into the electromagnetic field of its inductive sensitive element when the sensor is in the initial state and the product it controls is out of range actions of its inductive sensitive element. In this case, false alarms occur at the output of the sensor in the form of false voltage pulses with a logic level of "1".

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является датчик, содержащий емкостной чувствительный элемент, выполненный в виде токопроводящей пластины, мультивибратор, к входу которого подключен емкостной чувствительный элемент, детектор, вход которого соединен с выходом мультивибратора, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу детектора, выходную клемму, являющуюся выходом датчика (см. журнал "Радио", №10, 2002 г., стр.39, рис.5).The closest in technical essence to the proposed solution is a sensor containing a capacitive sensitive element made in the form of a conductive plate, a multivibrator, to the input of which a capacitive sensitive element is connected, a detector whose input is connected to the output of the multivibrator, a threshold element, the input of which is connected to the detector output , the output terminal, which is the output of the sensor (see the journal "Radio", No. 10, 2002, p. 39, Fig. 5).

Однако такой датчик обладает ограниченными функциональными возможностями по причине отсутствия у него свойства селективности (избирательности) в отношении контролируемых металлических или неметаллических изделий, так как он в одинаковой мере реагирует как на неметаллические, так и на металлические изделия, т.е. обеспечивает только неселективный режим контроля металлических и неметаллических изделий. Это приводит к тому, что такой датчик не позволяет решать, например, задачи селективного (избирательного) контроля неметаллических (металлических) деталей на операции их сортировки, поступающих в зону контроля такого датчика вперемешку с металлическими (неметаллическими) деталями. При этом металлические (неметаллические) изделия вызывают ложные срабатывания на его выходе при контроле неметаллических (металлических) деталей. Вместе с тем, такой датчик не обеспечивает режим стробирования в исходном состоянии, необходимый для наладки технологического оборудования, в которое он встраивается.However, such a sensor has limited functional capabilities due to its lack of selectivity (selectivity) with respect to controlled metal or non-metallic products, since it equally reacts to both non-metallic and metal products, i.e. provides only non-selective control mode of metallic and non-metallic products. This leads to the fact that such a sensor does not allow solving, for example, the tasks of selective (selective) control of non-metallic (metal) parts for sorting operations, which enter the control zone of such a sensor mixed with metal (non-metallic) parts. In this case, metal (non-metallic) products cause false positives at its output when monitoring non-metallic (metal) parts. At the same time, such a sensor does not provide the gating mode in the initial state, which is necessary for setting up the technological equipment into which it is built.

Кроме того, такой датчик имеет низкую надежность работы из-за его ложных срабатываний в моменты случайного попадания в зону действия его чувствительного элемента посторонних металлических предметов, когда датчик находится в исходном состоянии, а контролируемое им изделие находится за пределами действия его чувствительного элемента. В этих случаях ложные срабатывания проявляются в виде появления на выходе датчика импульсов напряжения с уровнем логической "1".In addition, such a sensor has low reliability due to its false positives at the moments of accidental contact with the range of its sensitive element of foreign metal objects, when the sensor is in its original state, and the product it controls is outside the range of its sensitive element. In these cases, false alarms are manifested in the form of the appearance at the output of the sensor of voltage pulses with a logic level of "1".

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей датчика путем обеспечения наряду с режимом неселективного контроля металлических и неметаллических изделий режимов стробирования и селективного контроля этих изделий, а также повышение надежности работы путем устранения ложных срабатываний датчика от посторонних металлических предметов.The purpose of the invention is to expand the functionality of the sensor by providing, along with the non-selective mode of control of metallic and non-metallic products, the modes of gating and selective control of these products, as well as improving the reliability by eliminating false alarms of the sensor from foreign metal objects.

Поставленная цель достигается тем, что в известный датчик, содержащий емкостной чувствительный элемент, выполненный в виде токопроводящей пластины, последовательно соединенные мультивибратор, к входу которого подключен емкостной чувствительный элемент, детектор, первый пороговый элемент, согласно изобретению введены индуктивный чувствительный элемент, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника с центральным сквозным отверстием, последовательно соединенные генератор электрических колебаний, к цепям колебательного контура которого подключены выходы индуктивного чувствительного элемента, второй пороговый элемент, инвертор, а также первый и второй логические элементы 2И с открытыми выходами Н-типа, соединенными между собой и являющимися выходом датчика, первые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых элементов, вторые входы - к выходам соответственно инвертора и первого порогового элемента, а их третьи входы являются соответственно первым и вторым входами расширения функциональных возможностей датчика, при этом емкостной чувствительный элемент с геометрической формой, повторяющей геометрическую форму центрального сквозного отверстия ферритового сердечника, установлен внутри центрального сквозного отверстия ферритового сердечника соосно с этим отверстием со смещением относительно открытого торца ферритового сердечника вдоль оси симметрии его центрального сквозного отверстия в сторону закрытого торца ферритового сердечника, а индуктивный и емкостной чувствительные элементы образуют чувствительный элемент датчика, причем плоскость открытого торца ферритового сердечника индуктивного чувствительного элемента и одна из плоских поверхностей емкостного чувствительного элемента, направленные в одну сторону, установлены параллельно и образуют чувствительную поверхность датчика, а дальность действия электромагнитного поля у открытого торца ферритового сердечника вдоль его оси симметрии, перпендикулярной плоскости этого торца, превышает дальность действия электрического поля емкостного чувствительного элемента вдоль его оси симметрии, перпендикулярной его плоским поверхностям.This goal is achieved by the fact that in a known sensor containing a capacitive sensing element made in the form of a conductive plate, a multivibrator is connected in series, to the input of which a capacitive sensing element, a detector, a first threshold element are connected, an inductive sensing element made in the form of a coil is introduced according to the invention an inductance placed in an annular groove of the open end of a ferrite core with a central through hole, connected in series by a generator p electrical oscillations, to the circuits of the oscillatory circuit of which the outputs of the inductive sensitive element are connected, the second threshold element, the inverter, as well as the first and second logic elements 2I with open H-type outputs interconnected and being the output of the sensor, the first inputs of which are connected to the outputs respectively, of the first and second threshold elements, the second inputs to the outputs of the inverter and the first threshold element, respectively, and their third inputs are respectively the first and second inputs the rhenium of the sensor’s functionality, while a capacitive sensor element with a geometric shape that repeats the geometric shape of the central through hole of the ferrite core is installed coaxially with the hole through the central through hole of the ferrite core relative to the open end of the ferrite core along the axis of symmetry of its central through hole to the side the closed end of the ferrite core, and the inductive and capacitive sensitive elements form an identifying element of the sensor, the plane of the open end of the ferrite core of the inductive sensitive element and one of the flat surfaces of the capacitive sensitive element directed in one direction are parallel and form the sensitive surface of the sensor, and the range of the electromagnetic field at the open end of the ferrite core along its axis of symmetry, perpendicular to the plane of this end, exceeds the range of the electric field of the capacitive sensing element in Only its axis of symmetry perpendicular to its flat surfaces.

На фиг.1 представлена функциональная схема датчика; на фиг.2 - схема взаимного расположения в пространстве емкостного чувствительного элемента, индуктивного чувствительного элемента и контролируемого изделия; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы датчика при срабатывании его от неметаллических изделий в режимах селективного и неселективного контроля неметаллических изделий; на фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы датчика при срабатывании его от металлических изделий в режимах селективного и неселективного контроля металлических изделий.Figure 1 presents the functional diagram of the sensor; figure 2 is a diagram of the relative position in space of a capacitive sensitive element, an inductive sensitive element and a controlled product; figure 3 is a voltage diagram explaining the operation of the sensor circuit when it is triggered from non-metallic products in the modes of selective and non-selective control of non-metallic products; figure 4 is a voltage diagram explaining the operation of the sensor circuit when it is triggered from metal products in the modes of selective and non-selective control of metal products.

Датчик содержит (см. фиг.1) последовательно соединенные мультивибратор 1 с емкостным чувствительным элементом 2 в виде токопроводящей пластины, выполненный, например, по схеме симметричного автогенератора прямоугольных импульсов на основе операционного усилителя (см. книгу Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: "Сов. радио", 1974, с.175, рис.4.42, а), детектор 3, выполненный, например, по схеме диодного пассивного преобразователя амплитудных значений переменного напряжения в постоянное с последовательным включением выпрямительного диода и с выходной нагрузкой в виде параллельной RC - цепи (см. книгу Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжение в постоянное. М.: "Сов. радио", 1977, с.174, рис.4.9, б), первый пороговый элемент 4, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, последовательно соединенные высокочастотный генератор электрических колебаний 5 с индуктивным чувствительным элементом 6, выполненным в виде катушки индуктивности 7, помещенной в кольцевом пазу открытой чашки ферритового сердечника 8 с центральным сквозным отверстием, к цепям колебательного контура которого подключены выходы индуктивного чувствительного элемента 6, выполненный, например, по схеме автогенератора электрических колебаний с индуктивной трехточкой 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), второй пороговый элемент 9, выполненный, например, по схеме триггера Шмитта, инвертор 10, а также переменный резистор 11 для настройки генератора 5, включенный в цепи его отрицательной обратной связи, выходную клемму 12, являющуюся выходом датчика, первый и второй логические элементы 2И 13 и 14, первые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых элементов 4 и 9, вторые входы - к выходам соответственно инвертора 10 и первого порогового элемента 4, первую и вторую входные клеммы 21, 22, соединенные с третьими входами соответственно первого и второго логических элементов 13 и 14 и являющиеся соответственно первым и вторым входами для расширения функциональных возможностей датчика и установки нужного режима контроля изделий. При этом выходы первого и второго логических элементов 13 и 14, выполненные в виде открытых выходов Н-типа (см. ГОСТ 2. 743-91, таблица 4), например, на транзисторах р-n-р типа с открытыми коллекторами и соединенные между собой, подключены к выходной клемме 12. Установка амплитуды генерируемых электрических колебаний генератора 5 при его настройке переменным резистором 11 производится на таком уровне, чтобы дальность действия электромагнитного поля 15 у открытого торца чашки ферритового сердечника 8 в направлении его оси симметрии, перпендикулярной плоскости торцевой поверхности чашки ферритового сердечника 8, превышала дальность действия электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 2 вдоль его оси симметрии, перпендикулярной его плоским повехностям (см. фиг.2). Такая настройка резистором 11 генератора необходима для обеспечения гарантированной возможности последовательного взаимодействия контролируемых изделий и посторонних металлических предметов сначала с электромагнитным полем 15 индуктивного чувствительного элемента 6, а затем с электрическим полем 16 емкостного чувствительного элемента 2 при перемещении их в осевом направлении, и тем самым реализовать принцип действия датчика в режимах селективного контроля металлических и неметаллических изделий, а также повысить надежность работы датчика при попадании посторонних металлических предметов в зону действия электромагнитного поля 15.The sensor contains (see Fig. 1) a multivibrator 1 connected in series with a capacitive sensing element 2 in the form of a conductive plate, made, for example, according to the scheme of a symmetrical rectangular oscillator based on an operational amplifier (see the book Shilo V.L. Linear integrated circuits in electronic equipment. - M.: Sov. Radio, 1974, p.175, Fig. 4.42, a), detector 3, made, for example, according to the scheme of a diode passive converter of amplitude values of alternating voltage to constant with series connection a rectifier diode and with an output load in the form of a parallel RC circuit (see the book Volgin LI. Measuring transducers of alternating voltage to direct. M: "Sov. radio", 1977, p. 174, fig. 4.9, b) , the first threshold element 4, made, for example, according to the Schmitt trigger scheme, connected in series to a high-frequency generator of electric oscillations 5 with an inductive sensing element 6, made in the form of an inductor 7, placed in an annular groove of an open cup of a ferrite core 8 with a central through hole , to the circuits of the oscillatory circuit of which the outputs of the inductive sensitive element 6 are connected, made, for example, according to the circuit of an oscillator of electrical oscillations with an inductive three-point based on a transistor (see the book "Vilensky P.I., Sribner L.A. Contactless limit switches. - M.: Energoatomizdat, 1985. - 80 pp., ill. - (Library on automation; Issue 654)", p. 20, fig. 10 a; p. 38, Fig. 25), the second threshold element 9, made, for example, according to the Schmitt trigger scheme, an inverter 10, as well as a variable resistor 11 for tuning the generator 5, included in its negative feedback circuit, the output terminal 12, which is the output sensor, the first and second logic elements 2I 13 and 14, the first inputs of which are connected to the outputs of the first and second threshold elements 4 and 9, the second inputs are respectively the outputs of the inverter 10 and the first threshold element 4, the first and second input terminals 21, 22 connected to the third moves the first and second AND gates 13 and 14 and are respectively first and second inputs for expansion of functional capabilities of the sensor and set the desired product inspection mode. The outputs of the first and second logic elements 13 and 14, made in the form of open outputs of the H-type (see GOST 2. 743-91, table 4), for example, on transistors pnp type with open collectors and connected between by themselves, connected to the output terminal 12. The amplitude of the generated electrical oscillations of the generator 5 when it is adjusted by the variable resistor 11 is set at such a level that the range of the electromagnetic field 15 at the open end of the cup of the ferrite core 8 in the direction of its axis of symmetry perpendicular to the flatness of the end surface of the cup of the ferrite core 8 exceeded the range of the electric field 16 of the capacitive sensing element 2 along its axis of symmetry perpendicular to its flat surfaces (see figure 2). Such a setting by the resistor 11 of the generator is necessary to ensure guaranteed sequential interaction of the controlled products and foreign metal objects, first with the electromagnetic field 15 of the inductive sensor 6, and then with the electric field 16 of the capacitive sensor 2 when moving them in the axial direction, and thereby implement the principle sensor actions in the modes of selective control of metal and nonmetallic products, as well as to increase the reliability of sensor when foreign metal objects get into the electromagnetic field 15.

Индуктивный чувствительный элемент 6 включает в себя катушку индуктивности 7, ферритовый сердечник 8 в виде чашки, имеющей открытый и закрытый торцы, а также центральное сквозное отверстие вдоль ее оси симметрии, перпендикулярной плоскости открытого торца чашки. Со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 8 установлена обмотка катушки индуктивности 7. У открытого торца чашки ферритового сердечника 8 при подаче высокочастотного сигнала на катушку индуктивности 7 с генератора 5 образуется в воздушном пространстве высокочастотное электромагнитное поле 15. Магнитный поток этого поля замыкается через воздушное пространство между внутренним кольцевым выступом чашки, установленным внутри центрального сквозного отверстия катушки индуктивности 7, и наружным кольцевым выступом чашки, охватывающим своей внутренней боковой поверхностью наружную боковую поверхность катушки индуктивности 7 по ее периметру. При этом непосредственно у передней кромки центрального сквозного отверстия со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 8 существует поток рассеяния (на фиг.2 не показан для лучшей читаемости чертежа) электромагнитного поля 15. Причем перед закрытым торцом чашки в воздушном пространстве высокочастотное электромагнитное поле не возникает, так как его магнитный поток замыкается внутри сердечника через сплошной слой феррита, образующий закрытый торец чашки, т.е. происходит экранирование этим слоем электромагнитного поля со стороны закрытого торца ферритового сердечника 8. Индуктивный и емкостной чувствительные элементы 6, 2 образуют чувствительный элемент датчика, а плоскость открытого торца чашки ферритового сердечника 8 и одна из двух плоских поверхностей емкостного чувствительного элемента 2, направленные в одну сторону, т.е. в сторону контролируемого изделия 17, установлены параллельно между собой и образуют чувствительную поверхность датчика.The inductive sensing element 6 includes an inductor 7, a ferrite core 8 in the form of a cup having open and closed ends, and a central through hole along its axis of symmetry perpendicular to the plane of the open end of the cup. On the side of the open end of the cup of the ferrite core 8, a winding of the inductor 7 is installed. At the open end of the cup of the ferrite core 8, when a high-frequency signal is applied to the inductor 7 from the generator 5, a high-frequency electromagnetic field 15 is formed in the airspace. The magnetic flux of this field is closed through the air space between an inner annular protrusion of the cup mounted inside the central through hole of the inductor 7, and an outer annular protrusion of the cup, coverage By its inner side surface, the outer side surface of the inductor 7 along its perimeter. In this case, directly at the leading edge of the central through hole from the open end of the cup of the ferrite core 8 there is a scattering flux (not shown in FIG. 2 for better readability of the drawing) of the electromagnetic field 15. Moreover, a high-frequency electromagnetic field does not occur in front of the closed end of the cup in airspace, since its magnetic flux is closed inside the core through a continuous layer of ferrite, forming a closed end of the cup, i.e. the electromagnetic field is shielded by this layer from the side of the closed end of the ferrite core 8. The inductive and capacitive sensitive elements 6, 2 form the sensor element, and the plane of the open end of the cup of the ferrite core 8 and one of the two flat surfaces of the capacitive sensor 2 are directed to one side , i.e. towards the controlled product 17, are installed parallel to each other and form a sensitive surface of the sensor.

Емкостной чувствительный элемент 2, подключенный в цепи отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя мультивибратора 1, является одной из обкладок частотозадающего "раскрытого конденсатора", второй обкладкой которого являются электрические цепи общей "земли" мультивибратора 1 и датчика в целом и служит емкостным чувствительным элементом мультивибратора 1 (см. журнал "Радио", №10, 2002, с.38, рис.1; с.39, рис.3). При этом емкостной чувствительный элемент 2 выполнен в виде токопроводящей пластины с геометрической формой, повторяющей геометрическую форму центрального сквозного отверстия, выполненного в чашке ферритового сердечника 8 индуктивного чувствительного элемента 6. При этом центральное отверстие в виде сквозного отверстия чашки ферритового сердечника 8 позволяет конструктивно выполнить электрическое соединение емкостного элемента 2 с мультивибратором со стороны закрытого торца чашки ферритового сердечника 8, без взаимодействия соединительного проводника с электромагнитным полем 15, т.е. без внесения нежелательного дополнительного затухания в контур генератора 5, приводящего к уменьшению соединительным металлическим проводником его добротности и, как следствие, к нарушению режима работы генератора 5. Причем емкостной чувствительный элемент 2 установлен внутри сквозного центрального отверстия чашки ферритового сердечника 8 соосно с этим отверстием, со смещением относительно поверхности открытого торца чашки ферритового сердечника 8 вдоль оси симметрии центрального сквозного отверстия ферритового сердечника 8 в сторону, противоположную расположению катушки индуктивности 7, т.е. в сторону закрытого торца ферритового сердечника 8. Наличие такого смещения не позволяет магнитному потоку рассеяния электромагнитного поля 15, существующего непосредственно у передней кромки центрального сквозного отверстия со стороны открытого торца чашки ферритового сердечника 8, взаимодействовать с плоской поверхностью емкостного чувствительного элемента 2 и тем самым исключает возможность внесения нежелательного дополнительного затухания в колебательный контур генератора 5. Это, в свою очередь, исключает возможность снижения добротности колебательного контура генератора 5 и нарушения его режима генерации электрических колебаний, приводящего к нарушению работоспособности датчика.A capacitive sensitive element 2, connected in the negative feedback circuit to the inverting input of the operational amplifier of multivibrator 1, is one of the plates of the frequency-setting "open capacitor", the second lining of which is the electrical circuit of the common ground of the multivibrator 1 and the sensor as a whole and serves as a capacitive sensitive element multivibrator 1 (see the journal "Radio", No. 10, 2002, p. 38, fig. 1; p. 39, fig. 3). In this case, the capacitive sensing element 2 is made in the form of a conductive plate with a geometric shape that repeats the geometric shape of the central through hole made in the cup of the ferrite core 8 of the inductive sensing element 6. In this case, the central hole in the form of the through hole of the cup of the ferrite core 8 allows constructive electrical connection capacitive element 2 with a multivibrator on the closed end of the cup of the ferrite core 8, without interaction solid conductor with an electromagnetic field 15, i.e. without introducing undesirable additional attenuation into the circuit of the generator 5, which leads to a decrease in its quality factor by the connecting metal conductor and, as a result, to a violation of the operating mode of the generator 5. Moreover, the capacitive sensing element 2 is installed inside the through hole of the cup of the ferrite core 8 coaxially with this hole offset relative to the surface of the open end of the cup of the ferrite core 8 along the axis of symmetry of the Central through hole of the ferrite core 8 in side y location opposite coils 7, i.e., towards the closed end of the ferrite core 8. The presence of such a displacement does not allow the magnetic flux of the scattering of the electromagnetic field 15, which exists directly at the leading edge of the central through hole from the open end of the cup of the ferrite core 8, to interact with the flat surface of the capacitive sensing element 2 and thereby eliminates the possibility introducing unwanted additional attenuation into the oscillatory circuit of the generator 5. This, in turn, eliminates the possibility of reducing brotnosti oscillatory circuit generator 5 and violating the generation mode electrical oscillations leading to disruption of sensor performance.

Такое взаимное расположение в пространстве емкостного чувствительного элемента 2, индуктивного чувствительного элемента 6 и контролируемого изделия 17 (см. фиг.2) при прохождении им в направлении стрелок 18 (19) и 20 относительно чувствительного элемента датчика параллельно его чувствительной поверхности в пределах действия электромагнитного поля 15 у открытого торца чашки ферритового сердечника 8 и электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 2 всегда обеспечивает последовательное взаимодействие контролируемого изделия 17 с электромагнитным полем 15 и электрическим полем 16. Это, в свою очередь, позволяет:Such a mutual arrangement in space of a capacitive sensing element 2, an inductive sensitive element 6 and a controlled product 17 (see figure 2) when it passes in the direction of the arrows 18 (19) and 20 relative to the sensitive element of the sensor parallel to its sensitive surface within the limits of the electromagnetic field 15 at the open end of the cup of the ferrite core 8 and the electric field 16 of the capacitive sensing element 2 always provides a consistent interaction of the controlled product 17 with electromagnetic field 15 and electric field 16. This, in turn, allows you to:

1) при взаимодействии металлического контролируемого изделия 17 или постороннего металлического предмета и индуктивного чувствительного элемента 6 сформировать на выходе порогового элемента 9 прямоугольный импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого металлического изделия 17 или постороннего металлического предмета в электромагнитном поле 15 индуктивного чувствительного элемента 6;1) when interacting with a metal controlled product 17 or an extraneous metal object and an inductive sensitive element 6, generate a rectangular voltage pulse at the output of the threshold element 9 with a logic level of “1” with a duration equal to the duration of the stay of the controlled metal product 17 or an extraneous metal object in the electromagnetic field 15 of the inductive sensing element 6;

2) при взаимодействии металлического контролируемого изделия 17 или постороннего металлического предмета и емкостного чувствительного элемента 2 сформировать на выходе порогового элемента 4 прямоугольный импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого металлического изделия 17 в электрическом поле 16 емкостного чувствительного элемента 2;2) during the interaction of the metal controlled product 17 or a foreign metal object and a capacitive sensitive element 2, generate a rectangular voltage pulse with a logic level “1” of duration equal to the duration of the controlled metal product 17 in the electric field 16 of the capacitive sensitive element 2 at the output of the threshold element 4;

3) при взаимодействии контролируемого неметаллического изделия 17 с электрическим полем 16 емкостного чувствительного элемента 2 сформировать на выходе порогового элемента 4 прямоугольный импульс напряжения с уровнем логической "1" длительностью, равной длительности нахождения контролируемого неметаллического изделия 17 в электрическом поле 16 емкостного чувствительного элемента 2. При взаимодействии неметаллического контролируемого изделия 17 и индуктивного чувствительного элемента 6 формирования на выходе порогового элемента 9 прямоугольного импульса напряжения с уровнем логической "1" не происходит вследствие отсутствия внесения существенного затухания неметаллическим контролируемым изделием 17 в колебательный контур генератора 5;3) during the interaction of the controlled non-metallic product 17 with the electric field 16 of the capacitive sensitive element 2, generate a rectangular voltage pulse with a logic level “1” of duration equal to the duration of the controlled non-metallic product 17 in the electric field 16 of the capacitive sensitive element 2 at the output of the threshold element 4. the interaction of the non-metallic controlled product 17 and the inductive sensitive element 6 of the formation at the output of the threshold element 9 directly ol voltage pulse with a level of logic "1" does not occur due to lack of substantial attenuation of making a non-metallic product 17 in a controlled oscillatory circuit generator 5;

4) получить на выходе порогового элемента 9 импульс длительностью всегда большей, чем длительность импульса на выходе порогового элемента 4;4) to receive at the output of the threshold element 9 a pulse with a duration always greater than the duration of the pulse at the output of the threshold element 4;

5) обеспечить расстановку на временной оси сформированных импульсов таким образом, чтобы выходной импульс порогового элемента 9 большей длительности всегда "охватывал" выходной импульс порогового элемента 4 меньшей длительности.5) to ensure the arrangement on the time axis of the generated pulses in such a way that the output pulse of the threshold element 9 of longer duration always "covers" the output pulse of the threshold element 4 of shorter duration.

Таким образом, такое взаимное расположение емкостного чувствительного элемента 2, индуктивного чувствительного элемента 6, электрического и электромагнитного полей 16 и 15 и взаимодействие их в описанной выше последовательности с контролируемым изделием 17, а также соответствующая обработка предложенной схемой датчика выходных сигналов генератора 5 и мультивибратора 1 позволяют реализовать принцип действия датчика в режимах селективного (избирательного) и неселективного контроля металлических и неметаллических изделий, а также устранить ложные срабатывания датчика от посторонних металлических предметов, случайно попадающих в зону действия электромагнитного поля 15 его индуктивного чувствительного элемента 6 и тем самым повысить надежность работы датчика.Thus, such a mutual arrangement of the capacitive sensor 2, inductive sensor 6, electric and electromagnetic fields 16 and 15 and their interaction in the above sequence with the controlled product 17, as well as the corresponding processing of the proposed sensor circuit of the output signals of the generator 5 and multivibrator 1 allow implement the principle of the sensor in the modes of selective (selective) and non-selective control of metal and nonmetallic products, as well as eliminate false alarms of the sensor from extraneous metal objects that accidentally fall into the zone of action of the electromagnetic field 15 of its inductive sensitive element 6 and thereby increase the reliability of the sensor.

Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.

В дальнейшем при рассмотрении работы датчика в различных режимах будет подразумеваться, что между выходной клеммой 12 и общей шиной источника напряжения питания датчика подключено нагрузочное сопротивление (на фиг.1 не показано), чтобы логические уровни напряжений, приводимые ниже в тексте, реально соответствовали логическим уровням напряжений на выходах логических элементов 13, 14 с открытыми коллекторами и на выходной клемме 12 схемы, приведенной на фиг.1.Further, when considering the operation of the sensor in various modes, it will be understood that a load resistance is connected between the output terminal 12 and the common bus of the sensor power supply (not shown in Fig. 1) so that the logical voltage levels given below in the text really correspond to the logical levels voltages at the outputs of the logic elements 13, 14 with open collectors and at the output terminal 12 of the circuit shown in figure 1.

При подаче напряжения питания и нахождении контролируемого изделия 17 вне зоны чувствительной поверхности датчика (см. фиг.2) мультивибратор 1 переходит в заторможенное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 3 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". Поэтому с выхода детектора 3 на вход порогового элемента 4 подается напряжение с уровнем логического "0". После чего пороговый элемент 4 переключается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на первом и втором входах соответственно логических элементов 13 и 14 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.3, фиг.4). Вместе с тем, при подаче напряжения питания генератор 5 переходит в режим генерации электрических колебаний, постоянная составляющая тока которых на его выходе создает падение напряжения, превышающее пороговое значение напряжения триггера порогового элемента 9. При этом пороговый элемент 9 переключатся в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0" (см. фиг.3, фиг.4), которое подается на первый вход логического элемента 14 и на вход инвертора 10. Под действием этого напряжения на выходе инвертора 10 и на втором входе логического элемента 13 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1" (см. фиг.3, фиг.4). Но уровень логической "1" этого напряжения на выход логического элемента 13 не проходит, и на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического "0", так как на его первом входе установлено с выхода порогового элемента 4 напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение. Наряду с этим, на первом и втором входах логического элемента 14 с выходов пороговых элементов 9 и 4 установлены соответственно напряжения U1 и U2 с уровнями логического "0", поэтому на выходе логического элемента 14 устанавливается напряжение с уровнем логического "0". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0" (см. фиг.3, фиг.4).When applying the supply voltage and the controlled product 17 is outside the zone of the sensor’s sensitive surface (see FIG. 2), the multivibrator 1 goes into a locked state, at which voltages with logical “0” levels are set at its output, input and output of the detector 3. Therefore, from the output of the detector 3 to the input of the threshold element 4 a voltage with a logic level of "0" is applied. After that, the threshold element 4 switches to such a stable state, in which at its output, at the first and second inputs of the logic elements 13 and 14, respectively, the voltage U2 is set with a logic level of "0" (see figure 3, figure 4). However, when the supply voltage is applied, the generator 5 switches to the mode of generating electrical oscillations, the constant current component of which at its output creates a voltage drop exceeding the threshold voltage of the trigger of the threshold element 9. In this case, the threshold element 9 switches to such a stable state, in which voltage U1 is set at its output with a logic level of “0” (see FIG. 3, FIG. 4), which is supplied to the first input of logic element 14 and to the input of inverter 10. Under the influence of this voltage, During inverter 10 and at the second input of NAND gate 13 is set U3 voltage level logic "1" (see. Figure 3, Figure 4). But the logic level “1” of this voltage does not pass to the output of logic element 13, and the voltage with the level of logic “0” is set at its output, since the voltage U2 with the level of logic “0” is set at the first input of the output of threshold element 4, prohibiting its passage. Along with this, at the first and second inputs of the logic element 14 from the outputs of the threshold elements 9 and 4, the voltages U1 and U2 with levels of logic “0” are set respectively, therefore, the voltage with the level of logic “0” is set at the output of logic element 14. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “0” is set at their outputs and at output terminal 12 (see Fig. 3, Fig. 4) .

Таким образом, после подачи напряжения питания датчик устанавливается в исходное состояние, при котором на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0", контролируемое изделие 17 находится за пределами зоны чувствительной поверхности датчика, т.е. за пределами зон действия электромагнитного и электрического полей 15, 16 индуктивного и емкостного чувствительных элементов 6 и 2 соответственно, а дальность действия электромагнитного поля 15 у открытого торца ферритовой чашки ферритового сердечника 8 вдоль его оси симметрии, перпендикулярной плоскости этого торца, превышает дальность действия электрического поля 16 вдоль оси симметрии емкостного чувствительного элемента 2, перпендикулярной его обеим плоским поверхностям. После чего датчик готов к первому циклу контроля металлических и неметаллических изделий.Thus, after supplying the supply voltage, the sensor is restored to its initial state, in which the voltage U4 with the logic level “0” is set at the output terminal 12, the controlled product 17 is outside the zone of the sensor’s sensitive surface, i.e. outside the zones of electromagnetic and electric fields 15, 16 of the inductive and capacitive sensitive elements 6 and 2, respectively, and the range of the electromagnetic field 15 at the open end of the ferrite cup of the ferrite core 8 along its axis of symmetry perpendicular to the plane of this end exceeds the range of the electric field 16 along the axis of symmetry of the capacitive sensing element 2, perpendicular to its both flat surfaces. After that, the sensor is ready for the first cycle of control of metal and non-metal products.

Далее рассмотрим работу предлагаемого датчика в четырех режимах.Next, we consider the operation of the proposed sensor in four modes.

Режим 1. Режим селективного контроля неметаллического изделия, при котором на первой и второй входных клеммах 21, 22 установлены напряжения с логическими уровнями "1" и "0" соответственно.Mode 1. The mode of selective control of a non-metallic product, in which voltages with logical levels "1" and "0" are set at the first and second input terminals 21, 22, respectively.

В этом случае контролируемое изделие 17 (см. фиг.2) перемещается в радиальном направлении, т.е. перпендикулярно осям симметрии ферритового сердечника 8 и емкостного чувствительного элемента 2, параллельно чувствительной поверхности датчика в пределах зон действия электромагнитного и электрического полей 15, 16 в одном из направлений по стрелке 18 или 19.In this case, the controlled product 17 (see figure 2) moves in the radial direction, i.e. perpendicular to the symmetry axis of the ferrite core 8 and capacitive sensor 2, parallel to the sensor surface within the electromagnetic and electric fields 15, 16 in one of the directions along arrow 18 or 19.

При введении в направлении стрелки 18 (19) в зону чувствительной поверхности датчика неметаллического изделия 17 оно входит в зону действия электромагнитного поля 15. В результате срыва генерации электрических колебаний генератора 5 не происходит вследствие отсутствия внесения затухания в его колебательный контур контролируемым изделием 17. При этом генератор 5 продолжает находиться в исходном состоянии, поэтому пороговый элемент 9 продолжает также находиться в исходном состоянии. В результате напряжение в остальных точках схемы датчика и состояния диаграмм, приведенных на фиг.3, установившиеся до момента вхождения контролируемого изделия 17 в зону действия электромагнитного поля 15, не изменились.When a non-metallic product 17 is introduced into the sensitive area of the sensor sensor 18 in the direction of the arrow, it enters the electromagnetic field 15. As a result of disruption of the generation of electrical oscillations of the generator 5, it does not occur due to the absence of attenuation into its oscillating circuit by the controlled product 17. Moreover, the generator 5 continues to be in the initial state, therefore, the threshold element 9 also continues to be in the initial state. As a result, the voltage at the remaining points of the sensor circuit and the state of the diagrams shown in Fig. 3, established until the controlled product 17 entered the electromagnetic field 15, did not change.

Затем через некоторый промежуток времени перемещающееся контролируемое изделие 17, по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 15, входит в зону действия электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 2 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 1 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Выходные импульсы мультивибратора 1 преобразуются детектором 3 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает пороговый уровень напряжения триггера порогового элемента 4. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.3), которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 13 и 14. Но на выход логического элемента 14 уровень логической "1" напряжения U2 не проходит, и на его выходе продолжает присутствовать напряжение с уровнем логического "0", так как на первый и третий входы логического элемента 14 соответственно с выхода порогового элемента 4 и с входной клеммы 22 поданы напряжения с уровнями логического "0". Вместе с тем, на трех входах логического элемента 13 установлены с выходов порогового элемента 4, инвертора 10 и с входной клеммы 21 напряжения с уровнями логической "1", поэтому на его выходе устанавливается напряжение также с уровнем логической "1". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1" (см. фиг.3).Then, after a certain period of time, the moving controlled article 17, while still remaining in the zone of action of the electromagnetic field 15, enters the zone of action of the electric field 16 of the capacitive sensing element 2 and forms an electric capacitor with it. The value of the electric capacitance of the capacitor formed in this way increases to a level at which the multivibrator 1 is excited and transitions to the mode of generation of electrical vibrations. The output pulses of the multivibrator 1 are converted by the detector 3 into a constant voltage with a logic level of "1", which exceeds the threshold voltage level of the trigger of the threshold element 4. In this case, the latter switches to another stable state, at which voltage U2 with a logic level of "1" is set at its output (see Fig. 3), which is supplied to the first and second inputs of logic elements 13 and 14, respectively. But the level of logical “1” of voltage U2 does not pass to the output of logic element 14, and continues to tstvovat voltage level of logic "0", since the first and third inputs of NAND gate 14, respectively output from the threshold element 4 and to the input terminal 22, fed with the voltage levels of logic "0". At the same time, at the three inputs of the logic element 13 are installed from the outputs of the threshold element 4, the inverter 10 and from the input terminal 21 voltage with logic levels "1", therefore, the voltage is set at its output also with logic level "1". Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “1” is set at their outputs and at the output terminal 12 (see Fig. 3).

Далее перемещающееся контролируемое изделие 17, по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 15, через некоторый промежуток времени выходит из зоны действия электрического поля 16. После чего мультивибратор 1 снова переходит из режима генерации электрических колебаний в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 3 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". При этом на выходе порогового элемента 4 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.3), которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 13 и 14. После чего на первом входе логического элемента 13 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0", поэтому на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического "0". Вместе с тем, на трех входах логического элемента 14 устанавливаются с выходов пороговых элементов 9, 4 и с входной клеммы 22 напряжения с уровнями логического "0". В результате на выходе логического элемента 14 продолжает присутствовать напряжение с уровнем логического "0". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0" (см. фиг.3). На этом формирование импульса напряжения U4 с уровнем логической "1" на выходной клемме 12, несущего информацию о контроле неметаллического изделия, заканчивается.Then, the moving controlled product 17, while still remaining in the zone of influence of the electromagnetic field 15, after a certain period of time leaves the zone of action of the electric field 16. After that, the multivibrator 1 again switches from the mode of generation of electric oscillations to a locked state, i.e. in the initial state, in which at its output, input and output of the detector 3 are set voltage with logical levels of "0". In this case, the voltage U2 is set at the output of the threshold element 4 with a logic level of “0” (see FIG. 3), which is supplied to the first and second inputs of logic elements 13 and 14, respectively. After that, the voltage U2 s is set at the first input of logic element 13 the logic level is “0”, so the voltage with the logic level “0” is set at its output. However, at the three inputs of the logic element 14 are installed from the outputs of the threshold elements 9, 4 and from the input terminal 22 voltage with levels of logical "0". As a result, a voltage with a logic level of “0” continues to be present at the output of the logic element 14. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “0” is set at their outputs and at the output terminal 12 (see Fig. 3). On this, the formation of a voltage pulse U4 with a logic level of "1" at the output terminal 12, which carries information about the control of a non-metallic product, ends.

И на последнем отрезке времени своего перемещения контролируемое изделие 17 выходит за пределы действия электромагнитного поля 15. После чего генератор 5 продолжает находиться в режиме генерации электрических колебаний, т.е. в исходном состоянии. В результате пороговый элемент 9 также продолжает находиться в исходном состоянии, при котором на его выходе и на входе инвертора 10 установлено напряжение U1 с уровнем логического "0". Поэтому напряжения в остальных точках схемы датчика и состояния диаграмм, приведенных на фиг.3, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия 17 из зоны действия электромагнитного поля 15, не изменились. На этом цикл контроля неметаллического контролируемого изделия заканчивается, и датчик устанавливается в исходное состояние.And in the last period of time of its movement, the controlled product 17 goes beyond the limits of the electromagnetic field 15. After that, the generator 5 continues to be in the mode of generating electric oscillations, i.e. in the initial state. As a result, the threshold element 9 also continues to be in its initial state, at which a voltage U1 with a logic level of “0” is set at its output and at the input of the inverter 10. Therefore, the voltage at the remaining points of the sensor circuit and the state of the diagrams shown in figure 3, established until the controlled product 17 out of the electromagnetic field 15, have not changed. On this, the control cycle of the non-metallic controlled product ends, and the sensor is set to its original state.

Следовательно, при прохождении контролируемого неметаллического изделия 17 в радиальном направлении в одном из направлений по стрелке 18 или 19 на выходной клемме 12 формируется потенциальный сигнал напряжения U4 с уровнем логической "1", несущий информацию о его контроле.Therefore, when a controlled non-metallic product 17 passes in a radial direction in one of the directions along arrow 18 or 19, a potential voltage signal U4 with a logic level “1” is generated at the output terminal 12, which carries information about its control.

В случае введения контролируемого неметаллического изделия 17 в осевом направлении по стрелке 20, т.е. вдоль осей симметрии емкостного и индуктивного чувствительных элементов 2, 6 и параллельно чувствительной поверхности датчика, оно входит в зону действия электромагнитного поля 15, но при этом существенного затухания в колебательный контур генератора 5 не вносит. При этом изменения режима генератора 5 относительно его исходного состояния и переключения порогового элемента 9 не происходит, в результате чего напряжения в остальных точках схемы датчика и состояния диаграмм, приведенных на фиг.3, установившиеся до момента входа контролируемого изделия 17 в зону действия электромагнитного поля 15, также не изменились.In the case of the introduction of a controlled non-metallic product 17 in the axial direction along arrow 20, i.e. along the symmetry axes of the capacitive and inductive sensitive elements 2, 6 and parallel to the sensitive surface of the sensor, it enters the zone of action of the electromagnetic field 15, but does not introduce significant attenuation into the oscillatory circuit of the generator 5. In this case, the change in the mode of the generator 5 relative to its initial state and switching of the threshold element 9 does not occur, as a result of which the voltage at the remaining points of the sensor circuit and the state of the diagrams shown in Fig. 3, established until the controlled product 17 enters the electromagnetic field 15 also have not changed.

Затем через некоторый промежуток времени контролируемое изделие 17, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 15, входит в зону действия электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 2 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 1 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Выходные импульсы мультивибратора 1 преобразуются детектором 3 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает пороговый уровень напряжения триггера порогового элемента 4. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1", которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 13 и 14. Так как на трех входах логического элемента 13 установлены с выходов порогового элемента 4, инвертора 10 и с входной клеммы 21 напряжения с уровнями логической "1", на его выходе устанавливается напряжение также с уровнем логической "1". Но при этом уровень логической "1" напряжения U2 с выхода порогового элемента 4 на выход логического элемента 14 не проходит, и на его выходе продолжает присутствовать напряжение с уровнем логического "0", так как на его первом и третьем входах установлены соответственно с выхода порогового элемента 9 и с входной клеммы 22 напряжения с уровнями логического "0". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1" (см. фиг.3).Then, after a certain period of time, the controlled product 17, remaining in the zone of influence of the electromagnetic field 15, enters the zone of action of the electric field 16 of the capacitive sensing element 2 and forms an electric capacitor with it. The value of the electric capacitance of the capacitor formed in this way increases to a level at which the multivibrator 1 is excited and transitions to the mode of generation of electrical vibrations. The output pulses of the multivibrator 1 are converted by the detector 3 into a constant voltage with a logic level of "1", which exceeds the threshold voltage level of the trigger of the threshold element 4. In this case, the latter switches to another stable state, at which voltage U2 with a logic level of "1" is set at its output , which is fed to the first and second inputs of logic elements 13 and 14, respectively. Since the three inputs of logic element 13 are installed from the outputs of threshold element 4, inverter 10, and from input terminal 21 apryazheniya with logical levels "1" at its output voltage is also set to the logical level "1". But at the same time, the logic level “1” of voltage U2 does not pass from the output of the threshold element 4 to the output of the logic element 14, and the voltage with the level of logic “0” continues to be present at its output, since the first and third inputs are set respectively from the threshold output element 9 and from the input terminal 22 voltage with levels of logical "0". Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “1” is set at their outputs and at the output terminal 12 (see Fig. 3).

Далее контролируемое изделие 17, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 15 и двигаясь в обратном направлении, т.е. противоположном направлении стрелки 20 в свое исходное положение, выходит из зоны действия электрического поля 16. После чего мультивибратор 1 снова переходит из режима генерации электрических колебаний в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 3 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". При этом на выходе порогового элемента 4 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0", которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 13 и 14. Под действием нулевого логического уровня напряжения U2 логический элемент 13 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического "0". Вместе с тем, под действием напряжения U2 с выхода порогового элемента 4 переключения логического элемента 14 не происходит, так как на его трех входах установлены напряжения с уровнями логического "0", поэтому на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0" (см. фиг.3). На этом формирование импульса напряжения U4 с уровнем логической "1" на выходной клемме 12, несущего информацию о контроле неметаллического изделия, заканчивается.Next, the controlled product 17, remaining in the area of the electromagnetic field 15 and moving in the opposite direction, i.e. in the opposite direction of the arrow 20, in its initial position, it leaves the zone of action of the electric field 16. After that, the multivibrator 1 again switches from the mode of generating electric oscillations to the inhibited state, i.e. in the initial state, in which at its output, input and output of the detector 3 are set voltage with logical levels of "0". At the same time, at the output of the threshold element 4, the voltage U2 is set with the logic level “0”, which is supplied to the first and second inputs of the logic elements 13 and 14, respectively. Under the action of the zero logical voltage level U2, the logic element 13 switches to the initial state, at which it the output is set voltage with a logic level of "0". At the same time, under the action of voltage U2, switching of the logic element 14 does not occur from the output of the threshold element 4, since the voltage with levels of logic “0” is set at its three inputs, therefore, the presence of voltage with the level of logic “0” is confirmed at its output. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “0” is set at their outputs and at the output terminal 12 (see Fig. 3). On this, the formation of a voltage pulse U4 with a logic level of "1" at the output terminal 12, which carries information about the control of a non-metallic product, ends.

И на последнем отрезке времени своего перемещения в обратном направлении стрелки 20 в свое исходное положение контролируемое изделие 17 выходит за пределы действия электромагнитного поля 15. После чего генератор 5 продолжает находиться в режиме генерации электрических колебаний, т.е. в исходном состоянии. В результате пороговый элемент 9 не переключается и продолжает находиться в исходном состоянии. Поэтому напряжения в остальных точках схемы датчика и состояния диаграмм, приведенных на фиг.3, установившиеся до момента выхода контролируемого изделия 17 из зоны действия электромагнитного поля 15, также не изменились. На этом цикл контроля неметаллического изделия заканчивается, и датчик устанавливается в исходное состояние.And at the last time interval of its movement in the opposite direction of the arrow 20 to its initial position, the controlled product 17 goes beyond the limits of the electromagnetic field 15. After that, the generator 5 continues to be in the mode of generating electric oscillations, i.e. in the initial state. As a result, the threshold element 9 does not switch and continues to be in the initial state. Therefore, the voltage at the remaining points of the sensor circuit and the state of the diagrams shown in figure 3, established until the controlled product 17 out of the electromagnetic field 15, also remained unchanged. At this, the control cycle of the non-metallic product ends, and the sensor is set to its original state.

Следовательно, при перемещении контролируемого неметаллического изделия 17 относительно чувствительной поверхности датчика в осевом направлении по стрелке 20 и обратно в свое исходное положение на выходной клемме 12 формируется потенциальный сигнал напряжения U4 с уровнем логической "1", несущий информацию о его контроле.Therefore, when the controlled non-metallic product 17 is moved relative to the sensitive surface of the sensor in the axial direction along arrow 20 and back to its original position, a potential voltage signal U4 with a logic level “1” is generated at the output terminal 12, which carries information about its control.

Таким образом, в рассмотренном режиме работы датчика сигнал на его выходной клемме 12 однозначно соответствует потенциальному информационному сигналу, несущему информацию только о контроле неметаллического изделия, чем и обеспечивается селективность (избирательность) датчика в отношении неметаллических контролируемых изделий.Thus, in the considered mode of operation of the sensor, the signal at its output terminal 12 unambiguously corresponds to a potential information signal that carries information only about the control of a non-metallic product, which ensures the selectivity (selectivity) of the sensor in relation to non-metallic controlled products.

Режим 2. Режим селективного контроля металлического изделия, при котором на первой и второй входных клеммах 21, 22 установлены напряжения с логическими уровнями "0" и "1" соответственно.Mode 2. The mode of selective control of a metal product, in which voltages with logical levels "0" and "1" are set at the first and second input terminals 21, 22, respectively.

В этом случае после установки датчика в исходное состояние контролируемое изделие 17 (см. фиг.2) перемещается в радиальном направлении, т.е. перпендикулярно осям симметрии емкостного и индуктивного чувствительных элементов 2, 6 и параллельно чувствительной поверхности датчика, в пределах зон действия электромагнитного и электрического полей 15, 16, в одном из направлений по стрелке 18 или 19. При введении в направлении стрелки 18 (19) в зону чувствительной поверхности датчика металлического изделия 17 оно входит в зону действия электромагнитного поля 15. При этом происходит срыв генерации электрических колебаний генератора 5 вследствие существенного внесения затухания контролируемым изделием 17 в его колебательный контур. В результате составляющая постоянного напряжения на выходе генератора 5 уменьшается до такого значения, при котором оно становится ниже порогового значения напряжения триггера порогового элемента 9, в результате последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на первом входе логического элемента 14 и на входе инвертора 10 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.4). Но уровень логической "1" напряжения U1 на выход логического элемента 14 не проходит, и на его выходе продолжает присутствовать напряжение с уровнем логического "0", так как на его втором входе с выхода порогового элемента 4 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающее его прохождение. При этом под действием уровня логической "1" напряжения U1 с выхода порогового элемента 4 на выходе инвертора 10 и на втором входе логического элемента 13 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0", которое подтверждает присутствие на его выходе напряжения с уровнем логического "0". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 продолжает присутствовать напряжение U4 с уровнем логического "0" (см. фиг.4).In this case, after setting the sensor in the initial state, the controlled product 17 (see Fig. 2) moves in the radial direction, i.e. perpendicular to the symmetry axes of the capacitive and inductive sensitive elements 2, 6 and parallel to the sensitive surface of the sensor, within the electromagnetic and electric fields 15, 16, in one of the directions along arrow 18 or 19. When introduced in the direction of arrow 18 (19) into the zone sensitive surface of the sensor of the metal product 17, it enters the zone of influence of the electromagnetic field 15. In this case, the generation of electrical oscillations of the generator 5 is disrupted due to the significant introduction of attenuation m product 17 in its oscillating circuit. As a result, the DC voltage component at the output of the generator 5 decreases to such a value that it falls below the threshold voltage of the trigger of the threshold element 9, as a result, the latter switches to another stable state, in which at its output, at the first input of the logic element 14 and the input of the inverter 10 sets the voltage U1 with a logic level of "1" (see figure 4). But the logic level “1” of voltage U1 does not pass to the output of logic element 14, and voltage with the level of logic “0” continues to be present at its output, since voltage U2 with logic level “0” is set at its second input from the output of threshold element 4 prohibiting its passage. In this case, under the action of the level of logical "1" voltage U1 from the output of the threshold element 4 at the output of the inverter 10 and at the second input of the logic element 13, the voltage U3 is set with the level of logic "0", which confirms the presence of voltage at its output with the level of logical "0" . Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “0” continues to be present at their outputs and at the output terminal 12 (see FIG. 4).

Затем через некоторый промежуток времени перемещающееся контролируемое изделие 17, по-прежнему оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 15, входит в зону действия электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 2 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 1 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Выходные импульсы мультивибратора 1 преобразуются детектором 3 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает пороговый уровень напряжения триггера порогового элемента 4. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 13 и 14. Но на выход логического элемента 13 уровень логической "1" этого напряжения не проходит, и на нем продолжает присутствовать напряжение с уровнем логического "0", так как на его второй и третий входы соответственно с выхода инвертора 10 и с входной клеммы 21 поданы напряжения с уровнями логического "0". Вместе с тем, на трех входах логического элемента 14 с выходов пороговых элементов 9, 4 и с входной клеммы 22 установлены напряжения с уровнями логической "1", поэтому на его выходе устанавливается напряжение также с уровнем логической "1". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1" (см. фиг.4).Then, after a certain period of time, the moving controlled article 17, while still remaining in the zone of action of the electromagnetic field 15, enters the zone of action of the electric field 16 of the capacitive sensing element 2 and forms an electric capacitor with it. The value of the electric capacitance of the capacitor formed in this way increases to a level at which the multivibrator 1 is excited and transitions to the mode of generation of electrical vibrations. The output pulses of the multivibrator 1 are converted by the detector 3 into a constant voltage with a logic level of "1", which exceeds the threshold voltage level of the trigger of the threshold element 4. In this case, the latter switches to another stable state, at which voltage U2 with a logic level of "1" is set at its output (see Fig. 4), which is supplied to the first and second inputs of logic elements 13 and 14, respectively. But the logic 1 level of this voltage does not pass to the output of logic element 13, and it continues to have voltage with a logic level of "0", since its second and third inputs, respectively, from the output of the inverter 10 and from the input terminal 21 are supplied with voltage levels of the logical "0". At the same time, at the three inputs of the logic element 14 from the outputs of the threshold elements 9, 4 and from the input terminal 22, voltages with logic levels of "1" are set, so a voltage with logic level of "1" is also set at its output. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “1” is set at their outputs and at the output terminal 12 (see Fig. 4).

При дальнейшем перемещении в выбранном направлении контролируемое изделие 17, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 15, выходит из зоны действия электрического поля 16. После чего мультивибратор 1 снова переходит из режима генерации электрических колебаний в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 3 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". При этом на выходе порогового элемента 4 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.4), которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 13 и 14. Так как на трех входах логического элемента 13 с выходов порогового элемента 4, инвертора 10 и с входной клеммы 21 установлены напряжения с уровнями логического "0", на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0". Вместе с тем, под действием нулевого уровня напряжения U2 с выхода порогового элемента 4 происходит переключение логического элемента 14, и на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического "0". Так как соединенные между собой выходы логических элементов 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0" (см. фиг.4). На этом формирование импульса напряжения U4 с уровнем логической "1" на выходной клемме 12, несущего информацию о контроле металлического изделия, заканчивается.With further movement in the selected direction, the controlled product 17, remaining in the zone of influence of the electromagnetic field 15, leaves the zone of action of the electric field 16. After that, the multivibrator 1 again switches from the mode of generation of electric oscillations to the inhibited state, i.e. in the initial state, in which at its output, input and output of the detector 3 are set voltage with logical levels of "0". At the same time, the voltage U2 is set at the output of the threshold element 4 with a logic level of “0” (see FIG. 4), which is supplied to the first and second inputs of logic elements 13 and 14, respectively. Since at the three inputs of the logic element 13 from the outputs of the threshold element 4, of the inverter 10 and from the input terminal 21, voltages with logic levels of "0" are set, the presence of voltage with a logic level of "0" is confirmed at its output. At the same time, under the action of the zero voltage level U2, the output of the threshold element 4 switches the logic element 14, and a voltage with a logic level of “0” is set at its output. Since the interconnected outputs of the logic elements 13 and 14 with open collector outputs implement the logical function INSTALLING OR, their outputs and output terminal 12 are set to voltage U4 with a logic level of "0" (see figure 4). On this, the formation of a voltage pulse U4 with a logic level of "1" at the output terminal 12, which carries information about the control of a metal product, ends.

И на последнем отрезке времени своего перемещения контролируемое изделие 17 выходит за пределы действия электромагнитного поля 15. После чего генератор 5 переходит в режим генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние. В результате пороговый элемент 9 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе, на первом входе логического элемента 14 и на входе инвертора 10 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0". Но под действием этого нулевого уровня напряжения U1 переключения логического элемента 14 не происходит, и на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0", так как на его втором входе к этому моменту установлено с выхода порогового элемента 4 напряжение U2 с уровнем логического "0". Вместе с тем, под действием нулевого уровня напряжения U1 с выхода порогового элемента 9 на выходе инвертора 10 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1". Но на выход логического элемента 13 уровень логической "1" этого напряжения не проходит, и на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0", так как на его первом и третьем входах соответственно с выходов порогового элемента 4 и с входной клеммы 21 установлены напряжения с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение. Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 подтверждается присутствие напряжения U4 с уровнем логического "0" (см. фиг.4). На этом цикл контроля металлического изделия на выходной клемме 12 заканчивается, и датчик устанавливается в исходное состояние.And in the last period of time of its movement, the controlled product 17 goes beyond the limits of the electromagnetic field 15. After that, the generator 5 goes into the mode of generating electric oscillations, i.e. in the initial state. As a result, the threshold element 9 switches to its initial state, in which at its output, at the first input of the logic element 14 and at the input of the inverter 10, the voltage U1 is set with a logic level of "0". But under the influence of this zero level of voltage U1, switching of the logic element 14 does not occur, and the presence of a voltage with a logic level of "0" is confirmed at its output, since at its second input, voltage U2 with the level of logic "is output from the output of the threshold element 4 0 ". However, under the action of a zero voltage level U1 from the output of the threshold element 9 at the output of the inverter 10, the voltage U3 with a logic level of "1" is set. But the logic level “1” of this voltage does not pass to the output of logic element 13, and the presence of voltage with a logic level of “0” is confirmed at its output, since at its first and third inputs respectively from outputs of threshold element 4 and from input terminal 21 voltage levels of logical "0", prohibiting its passage. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the presence of voltage U4 with a logic level of "0" is confirmed at their outputs and at terminal 12 (see Fig. 4). This completes the control cycle of the metal product at the output terminal 12, and the sensor is set to its original state.

Следовательно, при прохождении контролируемого металлического изделия 17 в радиальном направлении в одном из направлений по стрелке 18 или 19 на выходной клемме 12 формируется потенциальный сигнал напряжения U4 с уровнем логической "1", несущий информацию о его контроле.Therefore, when passing the controlled metal product 17 in the radial direction in one direction along arrow 18 or 19, a potential voltage signal U4 with a logic level “1” is formed at the output terminal 12, which carries information about its control.

В случае введения контролируемого металлического изделия 17 в осевом направлении по стрелке 20, т.е. вдоль осей симметрии индуктивного и емкостного чувствительных элементов 6, 2 и параллельно чувствительной поверхности датчика, оно входит в зону действия электромагнитного поля 15. При этом им вносится существенное затухание в колебательный контур генератора, в результате генератор 5 переходит в режим срыва генерации электрических колебаний, а пороговый элемент 9 переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе, на первом входе логического элемента 14 и на входе инвертора 10 устанавливается напряжение U1 с уровнем логической "1" (см. фиг.4). Но уровень логической "1" этого напряжения на выход логического элемента 14 не проходит, и на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0", так как на его втором входе с выхода порогового элемента 4 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0". Вместе с тем, под действием уровня логической "1" напряжения U1 с выхода порогового элемента 9 на выходе инвертора 10 и на втором входе логического элемента 13 устанавливается напряжение U3 с уровнем логического "0" (см. фиг.4). Так как на трех входах логического элемента 13 установлены с выходов порогового элемента 4, инвертора 10 и с входной клеммы 21 напряжения с уровнями логического "0", на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 продолжает присутствовать напряжение U4 с уровнем логического "0".In the case of the introduction of a controlled metal product 17 in the axial direction along arrow 20, i.e. along the symmetry axes of the inductive and capacitive sensing elements 6, 2 and parallel to the sensitive surface of the sensor, it enters the zone of action of the electromagnetic field 15. In doing so, it introduces a significant attenuation into the oscillatory circuit of the generator, as a result, the generator 5 goes into a disruption mode generating electrical oscillations, the threshold element 9 switches to another stable state, in which at its output, at the first input of the logic element 14 and at the input of the inverter 10, the voltage U1 is set with the log level eskoy "1" (see FIG. 4). But the logic level “1” of this voltage does not pass to the output of logic element 14, and the presence of voltage with the level of logic “0” is confirmed at its output, since voltage U2 with the level of logic “0” is set at its second input from the output of threshold element 4 . However, under the action of the logical level “1” of voltage U1 from the output of the threshold element 9 at the output of the inverter 10 and at the second input of the logic element 13, the voltage U3 with the level of the logical “0” is set (see Fig. 4). Since the three inputs of the logic element 13 are installed from the outputs of the threshold element 4, the inverter 10 and from the input terminal 21 voltage with levels of logical "0", the presence of voltage with a level of logic "0" is confirmed at its output. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “0” continues to be present at their outputs and at output terminal 12.

Затем через некоторый промежуток времени контролируемое изделие 17, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 15, входит в зону действия электрического поля 16 емкостного чувствительного элемента 2 и образует с ним электрический конденсатор. Значение электрической емкости образованного таким образом конденсатора увеличивается до такого уровня, при котором происходит возбуждение мультивибратора 1 и переход его в режим генерации электрических колебаний. Выходные импульсы мультивибратора 1 преобразуются детектором 3 в постоянное напряжение с уровнем логической "1", которое превышает пороговый уровень напряжения триггера порогового элемента 4. При этом последний переключается в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение U2 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 13 и 14. Но на выход логического элемента 13 уровень логической "1" напряжения U2 с выхода порогового элемента 4 не проходит, и на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0", так как на его втором и третьем входах установлены соответственно с выхода инвертора 10 и с входной клеммы 21 напряжения с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение. Вместе с тем, на трех входах логического элемента 14 устанавливаются с выходов пороговых элементов 4, 9 и с входной клеммы 22 напряжения с уровнями логической "1", поэтому на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логической "1". Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логической "1" (см. фиг.4).Then, after a certain period of time, the controlled product 17, remaining in the zone of influence of the electromagnetic field 15, enters the zone of action of the electric field 16 of the capacitive sensing element 2 and forms an electric capacitor with it. The value of the electric capacitance of the capacitor formed in this way increases to a level at which the multivibrator 1 is excited and transitions to the mode of generation of electrical vibrations. The output pulses of the multivibrator 1 are converted by the detector 3 into a constant voltage with a logic level of "1", which exceeds the threshold voltage level of the trigger of the threshold element 4. In this case, the latter switches to another stable state, at which voltage U2 with a logic level of "1" is set at its output (see Fig. 4), which is supplied to the first and second inputs of logic elements 13 and 14, respectively. But at the output of logic element 13, the level of logic “1” of voltage U2 does not pass from the output of threshold element 4, and at its output, the presence of a voltage with a logic level of "0" is confirmed, since at its second and third inputs are installed, respectively, from the output of the inverter 10 and from the input terminal 21 of the voltage with levels of logical "0", prohibiting its passage. However, at the three inputs of the logic element 14 are installed from the outputs of the threshold elements 4, 9 and from the input terminal 22 of the voltage with logic levels "1", therefore, a voltage with a logic level of "1" is set at its output. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “1” is set at their outputs and at the output terminal 12 (see Fig. 4).

Далее контролируемое изделие 17, оставаясь в зоне действия электромагнитного поля 15 и двигаясь в обратном направлении, т.е. противоположном направлении стрелки 20 в свое исходное положение, выходит из зоны действия электрического поля 16. После чего мультивибратор 1 снова переходит из режима генерации электрических колебаний в заторможенное состояние, т.е. в исходное состояние, при котором на его выходе, входе и выходе детектора 3 устанавливаются напряжения с уровнями логического "0". При этом на выходе порогового элемента 4 устанавливается напряжение U2 с уровнем логического "0" (см. фиг.4), которое подается на первый и второй входы соответственно логических элементов 13 и 14. Под действием нулевого уровня этого напряжения происходит переключение логического элемента 14 также в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается напряжение с уровнем логического "0". Вместе с тем под действием напряжения U2 с уровнем логического "0" переключения логического элемента 13 не происходит, и на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0", так как на трех входах логического элемента 13 установлены напряжения с уровнями логического "0" с выходов порогового элемента 4, выхода инвертора 10 и с входной клеммы 21. Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0" (см. фиг.4). На этом формирование импульса напряжения U4 с уровнем логической "1" на выходной клемме 12, несущего информацию о контроле металлического изделия, заканчивается.Next, the controlled product 17, remaining in the area of the electromagnetic field 15 and moving in the opposite direction, i.e. in the opposite direction of the arrow 20, in its initial position, it leaves the zone of action of the electric field 16. After that, the multivibrator 1 again switches from the mode of generating electric oscillations to the inhibited state, i.e. in the initial state, in which at its output, input and output of the detector 3 are set voltage with logical levels of "0". At the same time, the voltage U2 is set at the output of the threshold element 4 with a logic level of “0” (see FIG. 4), which is supplied to the first and second inputs of logic elements 13 and 14, respectively. Under the action of the zero level of this voltage, the logic element 14 also switches in the initial state, in which a voltage with a logic level of "0" is set at its output. At the same time, under the action of voltage U2 with logic level “0”, switching of logic element 13 does not occur, and the presence of voltage with logic level “0” is confirmed at its output, since voltage with levels of logic “0” is established at three inputs of logic element 13 from the outputs of the threshold element 4, the output of the inverter 10 and from the input terminal 21. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other, realize the logical function INSTALL OR, at their outputs and at the output terminal 12 avlivaetsya voltage U4 with the logic "0" (see FIG. 4). On this, the formation of a voltage pulse U4 with a logic level of "1" at the output terminal 12, which carries information about the control of a metal product, ends.

И на последнем отрезке времени своего перемещения в обратном направлении стрелки 20 в свое исходное положение контролируемое изделие 17 выходит за пределы действия электромагнитного поля 15. После чего генератор 5 переходит в режим генерации электрических колебаний, т.е. в исходное состояние. В результате пороговый элемент 9 переключается в исходное состояние, при котором на его выходе, первом входе логического элемента 14 и на входе инвертора 10 устанавливается напряжение U1 с уровнем логического "0". Но под действием нулевого уровня этого напряжения переключения логического элемента 14 не происходит, и на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0", так как на его втором входе установлено к этому моменту с выхода порогового элемента 4 напряжение U2 с уровнем логического "0". Вместе с тем, под действием нулевого уровня напряжения U1 с выхода порогового элемента 9 на выходе инвертора 10 устанавливается напряжение U3 с уровнем логической "1" (см. фиг.4), которое подается на второй вход логического элемента 13. Но на его выход уровень логической "1" этого напряжения не проходит, и на его выходе подтверждается присутствие напряжения с уровнем логического "0", так как на первом и третьем входах логического элемента 13 с выходов порогового элемента 4 и с входной клеммы 21 установлены напряжения с уровнями логического "0", запрещающие его прохождение. Так как логические элементы 13 и 14 с открытыми коллекторными выходами, соединенными между собой, реализуют логическую функцию МОНТАЖНОЕ ИЛИ, на их выходах и на выходной клемме 12 устанавливается напряжение U4 с уровнем логического "0". На этом цикл контроля металлического изделия на выходной клемме 12 заканчивается, и датчик устанавливается в исходное состояние.And at the last time interval of its movement in the opposite direction of the arrow 20 to its initial position, the controlled product 17 goes beyond the limits of the electromagnetic field 15. After that, the generator 5 goes into the mode of generating electric oscillations, i.e. in the initial state. As a result, the threshold element 9 switches to its initial state, in which at its output, the first input of the logic element 14 and at the input of the inverter 10, the voltage U1 is set with a logic level of "0". But under the action of the zero level of this voltage, the switching of the logic element 14 does not occur, and the presence of a voltage with a logic level of "0" is confirmed at its output, since at its second input voltage U2 with a logic level of 0 is established from the output of the threshold element 4 " However, under the influence of a zero voltage level U1 from the output of the threshold element 9, the output of the inverter 10 sets the voltage U3 with the logic level “1” (see Fig. 4), which is supplied to the second input of the logic element 13. But the level is at its output logical “1” of this voltage does not pass, and the presence of a voltage with a logic level “0” is confirmed at its output, since voltage with levels of logic “0 is set at the first and third inputs of logic element 13 from the outputs of threshold element 4 and from input terminal 21 "prohibiting its passage. Since the logic elements 13 and 14 with open collector outputs connected to each other, realize the logical function INSTALLING OR, the voltage U4 with the logic level “0” is set at their outputs and at the output terminal 12. This completes the control cycle of the metal product at the output terminal 12, and the sensor is set to its original state.

Следовательно, при перемещении контролируемого металлического изделия 17 относительно чувствительной поверхности датчика в осевом направлении по стрелке 20 и обратно в свое исходное положение на выходной клемме 12 происходит формирование потенциального сигнала напряжения U4 с уровнем логической "1", несущего информацию о его контроле.Therefore, when the controlled metal product 17 is moved relative to the sensitive surface of the sensor in the axial direction in the direction of arrow 20 and back to its initial position at the output terminal 12, a potential voltage signal U4 is generated with a logic level “1” that carries information about its control.

Таким образом, в рассмотренном режиме работы датчика сигнал на его выходной клемме 12 однозначно соответствует потенциальному информационному сигналу, несущему информацию о контроле только металлического изделия, чем и обеспечивается селективность (избирательность) датчика в отношении металлических контролируемых изделий.Thus, in the considered mode of operation of the sensor, the signal at its output terminal 12 unambiguously corresponds to a potential information signal that carries information about monitoring only a metal product, which ensures the selectivity (selectivity) of the sensor in relation to metal controlled products.

Режим 3. Режим неселективного контроля металлического и неметаллического изделия, при котором на первой и второй входных клеммах 21, 22 установлены напряжения с уровнями логической "1".Mode 3. Non-selective control mode of a metal and non-metallic product, in which voltages with logical levels of "1" are set at the first and second input terminals 21, 22.

В данном режиме контроля датчик в одинаковой мере срабатывает как от металлических, так и от неметаллических контролируемых изделий. Работа датчика в этом режиме аналогична его работе в описанных выше режимах: при контроле неметаллических изделий его работа аналогична работе в режиме селективного контроля неметаллических изделий и описывается диаграммами, приведенными на фиг.3, а при контроле металлических изделий - работе в режиме селективного контроля металлических изделий и описывается диаграммами, приведенными на фиг.4. Отличие работы датчика в режиме неселективного контроля от селективных режимов работы состоит в том, что при неселективном режиме оба логических элемента 13, 14 находятся во включенном состоянии под действием напряжений с уровнями логической "1", установленных соответственно на входных клеммах 21 и 22, в то время как в режимах селективного контроля один из двух логических элементов 13 или 14 находится во включенном или выключенном (заблокированном) состоянии под действием напряжений соответственно с логическими уровнями "1" или "0", установленных на одной из входных клемм 21 или 22.In this control mode, the sensor is equally triggered by both metallic and non-metallic controlled products. The operation of the sensor in this mode is similar to its operation in the modes described above: when monitoring non-metallic products, its operation is similar to operating in the mode of selective monitoring of non-metallic products and is described by the diagrams shown in Fig. 3, and when monitoring metal products - to work in the mode of selective monitoring of metal products and described by the diagrams shown in figure 4. The difference between the operation of the sensor in non-selective control mode and selective modes of operation is that in non-selective mode both logic elements 13, 14 are in the on state under the action of voltages with logic levels “1” installed respectively at the input terminals 21 and 22, while while in selective control modes one of the two logic elements 13 or 14 is in the on or off (locked) state under the action of voltages, respectively, with logical levels "1" or "0", set on one of the input terminals 21 or 22.

Режим 4. Режим стробирования датчика, при котором на первой и второй входных клеммах 21, 22 установлены напряжения с уровнями логического "0".Mode 4. Gating mode of the sensor, in which voltages with logical "0" levels are set on the first and second input terminals 21, 22.

В данном режиме логические элементы 13, 14 переводятся в отключенное (заблокированное) состояние под действием напряжений с уровнями логического "0", установленных на входных клеммах 21, 22. Поэтому поступающие на соответствующие входы логических элементов 13, 14 сигналы с выходов инвертора 10 и пороговых элементов 4, 9 на их выходы и на выходную клемму 12 не проходят. В результате выход датчика продолжает находиться в исходном состоянии, при котором на нем установлено напряжение U4 с уровнем логического "0". Режим стробирования предназначен для отключения датчика по его выходу от схемы технологического оборудования при его наладке.In this mode, the logic elements 13, 14 are transferred to the disconnected (locked) state under the action of voltages with logic levels "0" installed on the input terminals 21, 22. Therefore, the signals from the outputs of the inverter 10 and the threshold signals received at the corresponding inputs of the logical elements 13, 14 elements 4, 9 do not pass to their outputs and to output terminal 12. As a result, the sensor output continues to be in the initial state at which voltage U4 was set on it with a logic level of "0". The gating mode is designed to disable the sensor at its output from the process equipment circuit during its commissioning.

Повышение надежности работы датчика при случайном попадании в зону действия электромагнитного поля 15 его чувствительного элемента посторонних металлических предметов, когда датчик находится в исходном положении, а контролируемое им изделие - за пределами действия его чувствительного элемента, происходит следующим образом.Improving the reliability of the sensor in case of accidental contact with the electromagnetic field 15 of its sensitive element of foreign metal objects when the sensor is in its original position, and the product it controls is outside the range of its sensitive element, proceeds as follows.

При попадании металлического предмета в зону действия электромагнитного поля 15 пороговым элементом 9 формируется ложный импульс напряжения U1 с уровнем логической "1". Импульс напряжения U1 подается на первый вход логического элемента 14 и на вход инвертора 10, под действием которого на выходе последнего формируется ложный импульс напряжения U3 с уровнем логического "0", который подается на второй вход логического элемента 13 и блокирует его. Но при этом уровень логической "1" ложного импульса с напряжением U1 на выход логического элемента 14 и на выходную клемму 12 в режимах контроля 1, 2 и 3 не проходит, и на его выходе, на выходной клемме 12 продолжает присутствовать напряжение U4 с уровнем логического "0", так как в указанных режимах работы датчика на втором входе логического элемента 14 с выхода порогового элемента 4 установлено напряжение U2 с уровнем логического "0", запрещающего его прохождение. Таким образом, на выходе логического элемента 14 формирования ложного импульса напряжения U4 с уровнем логической "1" от посторонних металлических предметов не происходит и тем самым устраняются ложные срабатывания на выходной клемме 12, чем и обеспечивается повышение надежности работы предлагаемого датчика.When a metal object enters the electromagnetic field 15, the threshold element 9 forms a false voltage pulse U1 with a logical level of "1". The voltage pulse U1 is supplied to the first input of the logic element 14 and to the input of the inverter 10, under the influence of which a false voltage pulse U3 is generated at the output of the latter with a logic level “0”, which is supplied to the second input of the logic element 13 and blocks it. But at the same time, the level of logical “1” of a false pulse with voltage U1 does not pass to the output of logic element 14 and to output terminal 12 in control modes 1, 2, and 3, and voltage U4 with a logic level continues to be present at its output, at output terminal 12 "0", since in the indicated modes of operation of the sensor at the second input of the logic element 14 from the output of the threshold element 4, the voltage U2 is set with a logic level of "0", which prohibits its passage. Thus, the output of the logic element 14 of the formation of a false pulse voltage U4 with a logic level of "1" from foreign metal objects does not occur and thereby eliminates false alarms at the output terminal 12, thereby improving the reliability of the proposed sensor.

Наряду с этим предлагаемый датчик также обеспечивает высокую надежность работы при случайном попадании в зоны действия электромагнитного и электрического полей 15, 16 посторонних металлических предметов в режиме контроля 1 (режим селективного контроля неметаллических изделий), когда датчик находится в исходном положении, а контролируемое им изделие - за пределами действия его чувствительного элемента. Это происходит следующим образом.In addition, the proposed sensor also provides high reliability in case of accidental contact with the electromagnetic and electric fields 15, 16 of foreign metal objects in control mode 1 (selective control of non-metallic products), when the sensor is in its original position, and the product it controls is beyond the scope of its sensitive element. This happens as follows.

При попадании металлического предмета в зоны действия электромагнитного и электрического полей 15, 16 на выходах пороговых элементов 9 и 4 последовательно формируются ложные импульсы напряжений U1 и U2 с уровнями логической "1", которые подаются соответственно на первый вход логического элемента 14, вход инвертора 10 и на первый вход логического элемента 13, на второй вход логического элемента 14. При этом на выходе инвертора 10 под действием импульса напряжения U1 с уровнем логической "1" формируется ложный импульс напряжения U3 с уровнем логического "0". Но ложные импульсы напряжений U1 и U2 с уровнями логической "1" с выходов пороговых элементов 9 и 4 соответственно через первый и второй входы логического элемента 14 на его выход и выходную клемму 12 не проходят, так как на его третьем входе через входную клемму 22 установлено напряжение с уровнем логического "0", запрещающее их прохождение. Вместе с тем, ложный импульс напряжения U2 с выхода порогового элемента 4 через первый вход логического элемента 13 на его выход и на выходную клемму 12 не проходит, и на выходной клемме 12 продолжает присутствовать напряжение U4 с уровнем логического "0", так как на его второй вход с выхода инвертора 10 подается одновременно ложный импульс напряжения U3 с уровнем логического "0", запрещающий его прохождение.When a metal object enters the zones of electromagnetic and electric fields 15, 16, at the outputs of the threshold elements 9 and 4, false impulses of voltages U1 and U2 are formed sequentially with logic levels “1”, which are supplied respectively to the first input of logic element 14, inverter input 10 and to the first input of the logic element 13, to the second input of the logic element 14. In this case, the output of the inverter 10 under the influence of a voltage pulse U1 with a logic level of "1" generates a false voltage pulse U3 with a logic level "0". But false voltage pulses U1 and U2 with logic levels “1” from the outputs of threshold elements 9 and 4, respectively, do not pass through the first and second inputs of logic element 14 to its output and output terminal 12, since it is installed at its third input through input terminal 22 voltage with a logic level of "0", prohibiting their passage. However, a false voltage pulse U2 from the output of the threshold element 4 through the first input of the logic element 13 to its output and to the output terminal 12 does not pass, and the output terminal 12 continues to contain voltage U4 with a logic level of “0”, since the second input from the output of the inverter 10 is supplied simultaneously with a false voltage pulse U3 with a logic level of "0", which prohibits its passage.

Таким образом, в этом случае на выходах логических элементов 13, 14 формирования ложного импульса напряжения U4 с уровнем логической "1" от посторонних металлических предметов, попадающих в зоны действия электромагнитного и электрического полей 15, 16, не происходит, т.е. устраняются ложные срабатывания на выходной клемме 12, чем и обеспечивается в этом случае высокая надежность работы предлагаемого датчика.Thus, in this case, at the outputs of the logic elements 13, 14, the formation of a false voltage pulse U4 with a logic level “1” from foreign metal objects falling into the electromagnetic and electric fields 15, 16 does not occur, i.e. false alarms at the output terminal 12 are eliminated, which ensures in this case the high reliability of the proposed sensor.

Следовательно, предлагаемый датчик по сравнению с прототипом имеет расширенные функциональные возможности, так как наряду с неселективным режимом его работы, при котором он в одинаковой мере срабатывает как от металлических, так и от неметаллических изделий, он обеспечивает режимы селективного контроля металлических и неметаллических изделий, при которых он срабатывает только от металлических или только от неметаллических изделий соответственно, а также режим стробирования датчика, обеспечивающий отключение датчика по его выходу от схемы управления технологического оборудования, в котором он эксплуатируется, при его отладке и проверке работоспособности в ручном режиме.Therefore, the proposed sensor in comparison with the prototype has enhanced functionality, since along with the non-selective mode of operation, in which it equally works from both metallic and non-metallic products, it provides modes of selective monitoring of metallic and non-metallic products, which it works only from metal or only from non-metal products, respectively, as well as the sensor strobe mode, which ensures that the sensor is switched off at its output from control schemes of the technological equipment in which it is operated, when debugging it and verifying operability in manual mode.

Claims

A multifunctional product control sensor containing a capacitive sensing element made in the form of a conductive plate, a multivibrator connected in series, to the input of which a capacitive sensing element, a detector, a first threshold element, characterized in that, in order to expand its functionality by providing along with the mode non-selective control of metallic and non-metallic products, gating modes and selective control of these products, as well as increasing reliably This work by eliminating false alarms of the sensor from foreign metal objects, an inductive sensitive element is introduced into it, made in the form of an inductor placed in an annular groove of the open end of a ferrite core with a central through hole, connected in series to an oscillation generator, to the oscillatory circuit of which is connected outputs of the inductive sensitive element, the second threshold element, inverter, as well as the first and second logic elements 2I with open outputs of the H-type, interconnected and which are the output of the sensor, the first inputs of which are connected to the outputs of the first and second threshold elements, respectively, the second inputs to the outputs of the inverter and the first threshold element, respectively, and their third inputs are respectively the first and second expansion inputs the sensor’s functionality, while a capacitive sensitive element with a geometric shape that repeats the geometric shape of the central through hole of the ferrite core is installed it is aligned inside the central through hole of the ferrite core coaxially with this hole with an offset relative to the open end of the ferrite core along the axis of symmetry of its central through hole towards the closed end of the ferrite core, and the inductive and capacitive sensitive elements form the sensor element, the plane of the open end of the inductive ferrite core the sensing element and one of the flat surfaces of the capacitive sensing element, directed in one direction, are arranged in parallel and form a sensing surface of the sensor, and the range of the electromagnetic field at the open end of the ferrite core along its axis of symmetry perpendicular to the plane of the end face is greater than the range of the electric field capacitive sensor element along its axis of symmetry perpendicular to its flat surfaces.