быстродействующий датчик приближения объекта

Формула изобретения

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ПРИБЛИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащий два связанных между собой индуктивных генератора и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что каждый из генераторов выполнен на инверторе и логической схеме 2И-НЕ, при этом вход инвертора соединен через резистор со своим выходом и через конденсатор со своим колебательным контуром, а выход с первым входом логической схемы 2И-НЕ своего генератора и с вторым входом логической схемы 2И-НЕ второго генератора, причем в качестве регистрирующего устройства применен фазовый детектор, содержащий D-триггер, D-вход которого соединен с выходом инвертора первого генератора, C-вход с выходом инвертора второго генератора, а выход с входом транзисторного силового ключа, выходы логических схем 2И-НЕ каждого генератора через свои резисторы посредством емкостных делителей соединены со своими колебательными контурами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в устройствах управления сборочными линиями и станками с ЧПУ.

Известно устройство [1] содержащее индуктивный генератор, например блокинг-генератор, амплитудный детектор, компаратор и силовой транзисторный ключ. Индуктивный генератор при отсутствии токопроводящего вещества в активной зоне устройства вблизи катушки индуктивности работает в непрерывном режиме. При внесении в активную зону токопроводящего вещества, например металлической пластины, происходит срыв колебаний в генераторе. Факт срыва колебаний в генераторе фиксируется посредством амплитудного детектора компаратором, который в свою очередь подает сигнал управления на силовой транзисторный ключ.

Недостатком известного устройства является низкая частота срабатывания, что обусловлено длительными процессами возбуждения генератора: процесс стабилизации амплитуды колебаний при возбуждении генератора длится примерно 10-15 периодов частоты генерации и постоянной времени амплитудного детектора.

Известно также устройство [2] содержащее два колебательных контура, два ключевых элемента, два амплитудных детектора, компаратор напряжения, генератор импульсов и силовой транзисторный ключ. Устройство работает на принципе сравнения амплитуды свободных колебаний двух звенящих контуров, один из которых взаимодействует с токопроводящим веществом, например, металлом, а другой служит источником эталонного сигнала.

Известное устройство имеет повышенную частоту срабатывания, определяемую в десяти кГц, однако расстояние срабатывания из-за наличия пульсаций в сигналах рабочего и эталонного каналов невелико.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство [3] содержащее два индуктивных генератора, связанных между собой элементом связи, например конденсатором, которые одними выводами соединены друг с другом, а другими выводами подключены к колебательному контуру первого генератора и к колебательному контуру второго генератора соответственно, при этом между точкой соединения выводов конденсаторов и общей точкой схемы устройства подключены параллельно резистор нагрузки и регистрирующее устройство.

Это устройство работает на принципе синхронизации колебаний двух связанных генераторов и изменении фазового сдвига сигналов генератора, возникающего при изменении параметров одного из колебательных контуров. Достоинством известного устройства является то, что оно имеет хорошую чувствительность и большое быстродействие. Однако ему присущ существенный недостаток оно теряет работоспособность при разности фаз генераторов более 90^о, что наблюдается, например, при поднесении к одному из контуров медной пластины. При этом значении разности фаз сигналов генераторов происходит срыв режима синхронизации колебаний генераторов. При достаточно сильной связи между генераторами возможно сохранение разности фаз генераторов менее 90^о, однако при этом сильно уменьшается чувствительность известного устройства.

Предлагаемое устройство отличается тем, что каждый генератор выполнен на инверторе и логической схеме 2 И-НЕ, при этом вход инвертора соединен через резистор с его же выходом и через конденсатор со своим колебательным контуром, а выход с первым входом логической схемы 2 И-НЕ своего генератора и вторым входом логической схемы 2 И-НЕ второго генератора, причем в качестве регистрирующего устройства применен фазовый детектор, например D-триггер, D-вход которого соединен с выходом инвертора первого генератора, а С-вход с выходом инвертора второго генератора, а выход нагружен на вход транзисторного силового ключа, выходы логических схем 2 И-НЕ каждого генератора через свои резисторы посредством емкостных делителей соединены со своими колебательными контурами.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Предлагаемое устройство содержит (см.фиг.1) первый и второй генераторы, содержащие соответственно катушки 1 и 2 индуктивности, конденсаторы 3, 4 и 5, 6 емкостных делителей, конденсаторы 7 и 8 связи, резисторы 9, 10 и 11, 12, инверторы 13 и 14, логические схемы 2 И-НЕ 15 и 16, а также D-триггер 17 и силовой транзисторный ключ 18.

Катушки 1 и 2 индуктивности генераторов образуют с последовательно соединенными конденсаторами 3, 4 и 5, 6 емкостных делителей параллельные колебательные контуры, которые через свои конденсаторы 7 и 8 связи соединены с входом своего инвертора 13 и 14 соответственно. Инверторы 13 и 14 введены в активный режим резисторами 9 и 10, соединяющими вход и выход своего инвертора. Выходы инверторов 13 и 14 соединены с первыми входами схем 2 И-НЕ 15 и 16 соответственно. Кроме того, выход инвертора 13 соединен с вторым входом логической схемы 2 И-НЕ 16, а выход инвертора 14 соединен с входом логической схемы 2 И-НЕ 15. Выходы же логических схем 2 И-НЕ 15 и 16 через резисторы 11 и 12 соответственно соединены с общей точкой конденсаторов 3, 4 и 5, 6. D-триггер 17 своим D-входом соединен с выходом инвертора 13, а С-входом с выходом инвертора 14. Выход D-триггера 17 соединен с управляющим входом силового транзисторного ключа 18.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Предположим, что параметры схем генераторов выбраны так, что исключен режим срыва генерации. Пусть ни к одной катушке индуктивности не поднесен токопроводящий, например металлический, предмет; пусть катушкой, к которой в дальнейшем рассмотрении будем приближать токопроводящий предмет, будет катушка 1.

При включении питания оба генератора возбуждаются и начинают работать в непрерывном режиме. Параметры колебательных контуров обоих генераторов выбраны так, что частоты их колебаний практически совпадают. Это обеспечено также за счет введенных перекрестных связей генераторов, которые через логические схемы 2 И-НЕ 15 и 16 обеспечивают взаимную синхронизацию. Подбору параметров колебательных контуров фазы колебаний генераторов в исходном состоянии соответствует участок диаграммы (см.фиг.) до момента времени t₁. В этом случае передний фронт сигнала U₂ приходит в тот момент времени, когда сигнал U₁ на D-входе D-триггера 17 имеет уровень логического нуля. Соответственно в D-триггер 17 записывается логический нуль. При внесении в некоторый момент времени t₁ в пространство активной зоны катушки 1 индуктивностей металлической, например медной, пластины происходит внесение ее реактивного сопротивления в колебательный контур первого генератора и измерение фазы его колебаний относительно фазы колебаний второго генератора. Так как имеются перекрестные связи генераторов посредством логических схем 2 И-НЕ 15 и 16, то второй генератор отслеживает уход частоты колебаний первого генератора от внесенного реактивного сопротивления. При этом передний фронт сигнала U₂ поступает на С-вход D-триггера 17 несколько позже, чем уровень логической единицы сигнала U₁ на D-вход этого триггера, и в D-триггер 17 записывается логическая единица, поступающая на вход силового транзисторного ключа 18 и изменяющая его состояние.

Предлагаемое устройство обладает преимуществами перед известными устройствами аналогичного назначения. Так, из-за наличия перекрестных связей синхронизации разность фаз колебаний двух генераторов не превышает 180^о и сохраняется работоспособность устройства. Кроме того, предлагаемое устройство обладает хорошей чувствительностью и весьма высокой частотой срабатывания, определяемой частотой колебаний генераторов. В макетном образце частота колебаний генераторов составляла сотни кГц.