FI74822C - Anordning foer detektering av metallfoeremaol. - Google Patents

Description

1 74822

Laite metallikappaleiden ilmaisemiseksi

Keksinnön kohteena on laite metallikappaleiden ilmaisemiseksi, joka laite käsittää ainakin kaksi, ristikkäin olevaa lähetinkelaa sekä yhtä monta samanlaisessa asemassa toisiinsa nähden olevaa vastaanotinkelaa. Lähetinkelojen avulla synnytetään kelajärjestelmään paikan funktiona suuntaansa ja suuruuttaan muuttavia, erisuuntaisia ensiökenttiä, jotka puolestaan synnyttävät pyörrevirtoja ko. ensiökentissä liikkuvaan kappaleeseen, ja kappaleen aiheuttama toisiokenttä puolestaan indusoi signaalin ainakin yhteen vastaanotinkelaan. Keksintö sisältää lisäksi välineet signaalin vahvistamiseksi ja käsittelemiseksi.

Pyörrevirtoihin perustuvassa metallinilmaisimessa on kaksi pääosaa. Lähetinkelal-la synnytetään tietylle alueelle vaihtomagneettikenttä. Mikäli kentässä on johteita, indusoituu niihin pyörrevirtoja. Vastaanotinkelalla havaitaan näiden pyörrevir-tojen synnyttämää kenttää. Ilmaisun edellytyksenä on, että ainakin yhdessä kohtaa kappaleen kulkureitillä ilmaisinportin läpi herätekenttä on olemassa ja suunnaltaan sellainen, että se synnyttää testikappaleessa pyörrevirtoja. Lisäksi vastaan-ottosysteemin tulee kyetä tehokkaasti mittaamaan k.o. kohdassa avaruutta sijaitsevia kyseisenlaisia pyörrevirtoja.

Tarkastellaan aluksi pallonmuotoista kappaletta. Symmetriansa ansiosta siinä syntyvien pyörrevirtojen voimakkuus ei riipu herätekentän suunnasta palloon nähden. Pallossa kiertävät pyörrevirrat synnyttävät ulkopuolelleen saman magneettikentän kuin pallon keskipisteeseen sijoitettu herätekentän suuntainen magneettinen dipoiilähde, joka on verrannollinen herätekentän voimakkuuteen; lisäksi sen suuruus riippuu luonnollisesti pallon parametreista. Näin syntyneen dipolilähteen kytkeytymistä vastaanotinkelaan voidaan tarkastella vastaanottimen ns. anturi-kentän avulla (= hypoteettinen magneettikenttä saadaan kun vastaanotiniankoihin ajetaan yksikkövirta). Dipolin vaste vastaanotinkelassa on verrannollinen tämän anturikentän dipolinsuuntaiseen komponenttiin k.o. pisteessä. Siis pallon vaste Ap(r) pisteessä r on verrannollinen tuloon

Ap(P)'— Βγ(τ) · Br(F), (1) missä Bj on lähetinkentän ja Br vastaanottimen anturikentän vuontiheys.

2 74822

Tarkastellaan seuraavavaksi magneettista, johtavaa sauvaa (esim. pituus/paksuus ? 10). Kokemus on osoittanut, että tällainen sauva magnetoituu vain suuntaansa. Tällöin k.o. sauvan vaste As(r) on verrannollinen tuloon AS(F) - (BT(r) · R0) (Br(?) · R0), (2) missä R0 on sauvan suuntainen yksikkö vektori.

Epämagneettisella sauvalla tilanne on hieman toisenlainen. Näillä kappaleilla maksimivaste yleensä saadaan kun pyörrevirrat kiertävät sauvan pitkiä sivuja. Tällöinkin kaavan (2) tapainen riippuvuus pätee, kuitenkin siten, että nyt vektori R0 on ajateltava olevan kohtisuorassa sauvaa vastaan.

Kaavoista (1) ja (2) havaitaan, että signaalin synnyttämisessä lähetin- ja vastaan-otinsysteemit ovat yhtä tärkeässä asemassa.

U5-patentissa 3 697 996 on esitetty menetelmä usean peräkkäinkäytetyn lähetin-kelasysteemin avulla synnyttää erisuuntaisissa kappaleissa pyörrevirtoja. Patentissa ei mainita vastaanottosysteemistä mitään. Kuten edellä on käynyt ilmi, ei US-patentissa 3 697 996 esitetty lähetinratkaisu yhdistettynä konventionaaliseen vastaanottimeen olennaisesti paranna laitteen suuntaherkkyysominaisuuksia.

Suomalaisessa patentissa 40646 on esitetty edelläkuvatut periaatteet toteuttava keiakonfiguraatio. Sen käytännön toteutus edellyttää välttämättä kulkusuuntaan nähden pitkää porttia. Käytännössä useimmiten halutaan kompaktia keiajärjestel-mää. Lisäksi FI-patentissa 40646 esitetty menetelmä on lähinnä ajateltu ns. jatkuvatoimista laitetta varten; jatkuvatoimisessa laitteessa on herätemagneettikenttä päällä myös mittauksen aikana. Tällöin käämigeometria on suunniteltava siten, että lähetinkäämin ja vastaanotinkäämin välinen keskinäisinduktanssi häviää.

US-patentissa 3 758 849 esitetyssä menetelmässä käytetään kahta ristikkäin sijaitsevaa lähetinkelaa ja vastaanotinkelaa. Lähetinkeloja ajetaan kuitenkin samanaikaisesti harmoonisella virralla, joten on olemassa ainostaan yksi iähetinkenttä ristikkäisistä lähetinkeloista huolimatta. On myös ilmeistä, että US-patentissa 3 758 849 esitetyssä, eräässä olennaisessa geometriaessa portin keskeltä läpäissyt kappale, jonka suotuisa pyörrevirtaindusoinnin suunta yhtyy kulkusuuntaan, jää ilmaisematta. US-patentissa 3 758 849 on lisäksi edellytettty lähetin- ja vastaan-otinkäämien välille nollakytkentää, mikä ei salli ideaalista geometriaa.

3 74822

Keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tasossa mainitut haittapuolet ja aikaansaada entistä parempi laite metallikappaleiden ilmaisemiseksi niin, että synnytettyjen vaihtomagneettikenttien kautta kulkevien kappaleiden suuntautuneisuudesta huolimatta vältetään ns. kuolleita kohtia, joista vaihtomagneettikenttien kautta kulkevat metallikappaleet eivät aiheuttaisi pyörrevirtoja signaalin muodostamiseksi. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Keksinnöllä saavutetaan se merkittävä etu, että laite antaa lähes saman suuruisen signaalivasteen viedäänpä pitkänomainen metallikappale laitteen läpi missä asennossa tahansa.

Keksintöä selostetaan seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää erästä tunnettua metallinilmaisimen toteutusta, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen laitteen erästä edullista sovellutustoteutusta, kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteeseen olennaisesti liittyvän ajoittimen pulssikaaviota aika-akselilla, kuvio 4 esittää keksinnön mukaista erästä edullista sovellutustoteutusta, kun laitetta käytetään.

Kuvassa 1 ajoittimen 1 ja tehonvahvistimen 2 avulla lähetinkelaan 3 syötetään virtapulsseja. Näytteenottovahvistin 5 aktivoidaan ottamaan vastaanotinkelan Ψ signaalista näyte hetken lähetinpulssin päättymisen jälkeen. Tällöin herätekenttä on hävinnyt, joten vaste on peräisin ulkopuolisista metalliesineistä. Koska pulssi-toimisessa laitteessa herätekenttä ei ole mittauksen aikana päällä, ei vastaanotti-melta ja lähettimeltä edellytetä keskinäistä minimikytkentää.

Kuvion 1 laitteessa on lähetinkentän ja vastaanottimen anturikentän sovitus (= maksimaalisen pyörrevirtainduktion havaitseminen tehokkaasti) on hoidettu eripuolella porttia sijaitsevilla, muodoltaan olennaisesti samanlaisilla käämeillä. Huomataan, että kuvion 1 tapauksessa vietäessä terässauva vinojen lankojen suuntaisesti portista läpi, laitteen vaste k.o. kappaleelle jää hyvin pieneksi. Vastaavasti kohtisuorassa suunnassa vaste on maksimissaan.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen laitteen eräs edullinen toteutus koottuna kahdesta ristiin, päällekkäin sijoitetusta olennaisesti samanlaisesta kelajärjes-telmästä, joka käsittää kaksi lähetinkäämiä 3 ja kaksi vastaanotinkäämiä Ajoitin 1 ohjaa vuorotellen tehovahvistimia 2, jotka syöttävät pulssitekniikkaa „ 74822 käyttäen vuorotellen kahta lähetlnkäämiä 3. Käämien 3 aikaansaamat lähetinkentät ovat erisuuntaisia. Tällöin kelajärjesteimien läpi kulkevaan kappaleeseen sen asemasta, asennosta ja muodosta riippumatta aina vähintään yhdessä kohtaa indusoituu pyörrevirtoja. Ajoitin 1 ohjaa myös kahta näytteenottovahvistinta 5 synkroonisesti lähettimien 3 kanssa siten, että kummankin lähetinkanavan indusoimia pyörrevirtoja mitataan omalla vastaanotinkanavaila. Jos kappaleen vaste ylittää ennalta asetetun hälytysrajan, antaa laite hälytyksen hälyttimen 6 avulla.

Kuviossa 3 on esitetty ajoittimen 1 toimintaa pulssikaavion muodossa. Vastaano-tinten 4 anturikentät ovat kaikkialla erisuuntaisia ja siten suunnattuja, että kutakin vastaanotinta 4 vastaavan lähettimen 3 indusoimat pyörrevirrat voidaan mitata. Havaitaan, että esim. terässauvan kulkiessa portin läpi asennossa, missä esim. systeemi I tuottaa lähes nollavasteen, systeemi II tuottaa maksimivasteen. Siis kuvion 2 mukaisen laitteen vaste riippuu kappaleen asennosta ja muodostaa olennaisesti vähemmän ns. kuolleita kohtia kuin kuvion 1 mukaisen laitteen vaste.

Vaikka edellä on esitetty vain yksi keksinnön mukaisen taitteen olennainen toteutusmuoto, voidaan keksinnön mukainen laite muodostaa monella vastaavalla tavalla laitteen edullisten ominaisuuksien saavuttamiseksi, kuten käyttämällä vastaan-otinkäämeissä 4 olennaisesti suurempia käämikierroslukuja kuin lähetin-käämeissä 3.

Kuvion 4 mukaisesti lähetinkelat 3 ja vastaanotinkelat 4 on päällystetty erästä edullista käyttöä varten päällystelevyillä 7 ja 8, jotka on kiinnitetty toisiinsa yhdyslevyillä 9. Päällysteievyt 7 ja 8 on edelleen kiinnitetty tukevasti alustaansa 10. Keksinnön mukaiseen laitteeseen olennaisesti liittyvät ajoitin 1, tehovahvistimet 2 ja 5 sekä hälytin 6 on koottu yhteen eiektroniikkayksikköön Li, joka on johdon 12 välityksellä yhdistetty laitteeseen.

Claims (5)

5 74822

1. Laite metallikappaleiden ilmaisemiseksi, joka laite käsittää erillisen lähetinkelajärjestelmän (3) ja vastaanotinkelajärjestelmän (4), ja jossa lähetinkelajärjestelmässä on ainakin kaksi kelaa (3) paikan funktiona suuntaansa ja suuruuttaan muuttavien, erisuuntaisten ensiökenttien synnyttämiseksi, jotka puolestaan synnyttävät pyörrevirtoja ko. ensiöken-tissä liikkuvaan kappaleeseen ja kappaleen toisiokenttä puolestaan indusoi signaalin vastaanotinkelajärjestelmään, sekä välineet signaalin vahvistamiseksi ja käsittelemiseksi tunnettu siitä, että lähetinke-lajärjestelmä (3) on muodostettu ainakin kahdesta kelasta, jotka on asetettu toisiinsa nähden ristikkäiseen asentoon käämitasossa niin, että kelojen avulla aikaansaadut magneettikentät ovat erisuuntaisia toistensa kanssa, ja että myös vastaanotinkelajärjestelmä (4) on muodostettu lähetinkelajärjestelmää (3) vastaavasta määrästä keloja, jotka on asetettu lähetinkelajärjestelmään (3) nähden vastaavaan asentoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite tunnettu siitä, että lähetinkela- ja vastaanotinkelajärjestelmät (3, 4) ovat muodoltaan olennaisesti identtisiä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite tunnettu siitä, että lähetinkela- ja vastaanotinkelajärjestelmät (3, 4) ovat käämitykseltään olennaisesti identtisiä.

4. Jokin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnet-t u siitä, että eri lähetinkelojen (3) indusoimia pyörrevirtoja on mitattu vastaavassa asennossa olevalla vastaanotinkelalla (4).

5. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että ajoittimella (1) saadaan ohjatuksi sekä lähetin-keloja (3) että vastaanotinkeloja (4).