Спосіб виявлення металевих предметів у потоці феромагнітних руд

1 Спосіб виявлення металевих предметів у потоці феромагнітної руди, при якому випромінюють електромагнітне поле на двох частотах і визначають параметри сигналу, наведеного в індукційному датчику, на кожній з частот, який відрізняється тим, що первинне поле збуджують на двох частотах і формують з одного випромінювача одночасно, з наведеного в датчику сигналу виділяють обидві частотні складові, демодулюють відфільтровані сигнали, а відстройку від факторів, що впливають, та пов'язані з мінливими властивостями руди, виконують за наявності феромагнітної руди в зоні контролю, для чого сигнали в обох каналах балансують до одержання мінімального значення різниці амплітуд демодульованих сигналів 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що одну 3 випромінюваних частот вибирають у межах від 200 до 400 Гц, а другу - від 2 до 3 кГц Пропозиція відноситься до області контрольно-вимірювальної техніки і призначена для електромагнітного виявлення металевих предметів на стрічкових конвеєрах, що транспортують феромагнітні руди Воно може бути використане на дробильних фабриках гірничодобувних підприємств для захисту дробильного устаткування від влучення в нього металевих предметів, що не дробляться Відомий спосіб виявлення металевих предметів у потоці сировинних матеріалів на стрічкових конвеєрах, що полягає в створенні електромагнітного поля визначеної частоти і вимірі величини модуляції амплітуди напруги, що наводиться в обмотці, яка поміщена в це поле, при проходженні металевих предметів [1] Цей спосіб реалізується металошукачами з диференційно-резонансними індуктивними датчиками Недолік методу полягає в тім, що модуляція напруги індукційного датчика викликається проходженням повз датчика не тільки металевих предметів, але і феромагнітних руд Вплив великих шматків залізної руди, особливо тих и мінералів, що мають високу магнітну проникність (магнетит), перевершує вплив на датчик невеликих металевих предметів, що підлягають виявленню Тому металошукачі, працюючі цим способом, на феромагнітних рудах не працюють взагалі чи мають погану чутливість до металів Відомий І широко використовується на практиці спосіб виявлення металевих предметів на кон веєрах, що полягає в створенні електромагнітного поля за допомогою генератора і вимірі зміни амплітуди напруги на коливальному контурі цього генератора, викликаного зниженням добротності контуру при проходженні металу поблизу котушки в зв'язку з втратами на вихрові струми [1,2] Спосіб реалізується автогенераторними металошукачами Недолік способу полягає в тому, що зниження амплітуди напруги на коливальному контурі викликається не тільки втратами на вихрові струми в металевих предметах, але і втратами на перемагнічування, які внесені феромагнітними рудами Компенсація впливу феромагнітної руди шляхом створення додаткових контурів зворотного зв'язку генератора, що використовують явище зміни частоти коливань контуру при внесенні феромагнітного сердечника, не може бути повною, тому що умова компенсації цілком виконується тільки при стабілізації фізичних і ХІМІЧНИХ властивостей рудної сировини (швидкість потоку, рівень засипання, розмір шматків, вміст магнітного заліза, питома електропровідність і навіть вологість руди) Тому автогенераторні металошукачі (а до них відноситься більшість існуючих конвеєрних металошукачів) на феромагнітних рудах мають погану чутливість до металевих предметів, особливо з немагнітних марганцевистих сталей Відомий спосіб виявлення металевих предметів, заснований на вимірі зрушення фази збудженого під впливом ЗОВНІШНІХ металевих предметів о ю 51079 магнітного поля щодо фази збуджуючого поля [3] Недолік способу - можливість виявлення тільки феромагнітних металів, тоді як на практиці особливу небезпеку представляють уламки бурового інструменту, що виготовляється з немагнітних марганцевистих сталей Для немагнітних сталей КІЛЬКІСНІ ЗМІНИ фази дуже малі і порівняні з фазовою нестабільністю генераторів поля Відомий спосіб виявлення металевих предметів у потоці матеріалу, заснований на ЗМІНІ частоти коливального контуру генератора при проходженні металевих предметів біля котушки датчика [4] У зв'язку з тим, що частота контуру змінюється під впливом феромагнітних матеріалів на індуктивність котушки контуру, спосіб неприйнятний для феромагнітних руд Усі зазначені вище способи засновані на вимірі одного фізичного параметра датчика амплітуди, частоти чи фази сигналу Такий ПІДХІД ДО рішення поставленої задачі принципово не може дати необхідного результату Як показали численні експериментальні дослідження і досвід використання металошукачів на залізних рудах, не існує такого фізичного параметра, що був би однозначно залежний від появи металу і не був би залежний від властивостей феромагнітної руди При цьому ступені впливу металевих предметів і феромагнітних руд на вимірюваний фізичний параметр не ПОСТІЙНІ І залежать від частоти електромагнітного поля, напруженості поля, магнітної проникності й електропровідності матеріалу та ш Тому найбільш ефективними є способи, засновані не на вимірі абсолютного значення інформаційного параметру, а на відстеженні зміни цього параметру при ЗМІНІ умов виміру У відношенні цього найбільш близьким по технічній сутності до способу, що заявляється, є спосіб виявлення металевих предметів шляхом виміру активного опору, внесеного металевими включеннями, на двох різних частотах і порівняння отриманих величин У цьому способі використовується розходження частотних залежностей активних втрат для металу і магнітних мінералів Спосіб реалізується двома автогенераторними датчиками, розташованими на відстані по ходу конвеєра, кожний з який працює на своїй частоті, а також обчислювальним пристроєм, що по сигналах датчиків вирішує задану функцію, що зв'язує втрати в контурах датчиків з вихідним сигналом про наявність металу [5] Недолік способу - низька чутливість до металевих предметів на тлі руди і нерівномірність чутливості до різних металів, особливо до магнітних і немагнітних сталей Ці недоліки обумовлені тим, що з виходу датчика не можна виділити сигнал, обумовлений тільки електропровідністю металу У цьому сигналі завжди буде присутньою складова, обумовлена втратами на перемагнічування, тобто наявністю феромагнітної руди Крім цього, залежність, що описує втрати в контурах збудження, змінюється зі зміною КІЛЬКОСТІ руди на конвеєрі і її речовинного складу Недоліком способу є також те, що порівнювані аналогові величини зміни втрат рознесені в часі через принципову необхідність розташування на відстані одну від одної по ходу конвеєра обмоток контурів, що охоплюють стрічку Ціль винаходу складається в підвищенні чутливості до металевих предметів у потоці феромагнітної руди, а також у зменшенні нерівномірності чутливості до предметів з магнітних конструкційних сталей і немагнітних марганцевистих сталей Підвищення чутливості досягається тим, що збуджують електромагнітне поле за допомогою одного випромінювача одночасно на двох частотах, сигнал, наведений в індукційному датчику електромагнітним полем, що пройшло через товщу руди, що транспортується, фільтрують на кожній з частот випромінювання, демодулюють відфільтровані сигнали і визначають різницю демодульованих сигналів, установлюючи масштабні коефіцієнти сигналів, що віднімаються, такими, щоб при наявності руди величина різниці була мінімальна Спосіб, що заявляється, випливає з результатів досліджень частотних залежностей модуляції напруги в обмотці індукційного датчика для різних металів і залізних руд у різних діапазонах частот На фіг 1 показані результати таких досліджень для частот до 5кГц Залежності для металів зняті при однакових геометричних розмірах металевого предмету (куб 60 х 60 х 60мм), а залежність для руди знята при її стаціонарному потоці висотою 200мм Для досліджень використовувалися магнетитові руди Кривбасу Потужність потоку руди і и феромагнітні властивості, не змінюючи загального характеру залежності, впливають на величину модуляції и В І Д Н На фіг 1 показані усереднені графіки експериментально отриманих залежностей відносної величини амплітудної модуляції напруги и В і Д Н , що наводиться в індукційному датчику, у залежності від частоти збудження f в інтервалі до 5кГц для різних матеріалів З графіків фиг 1 випливає, що у всьому діапазоні частот, як наявність руди, так і наявність металу, викликає амплітудну модуляцію сигналу, наведеного на обмотці датчика, причому, великий шматок чи шар руди з високим вмістом магнітних і електропровідних мінералів викликають модуляцію, порівняну чи навіть переважаючу модуляцію від металевого предмету небезпечних розмірів Крім того, ступінь модуляції амплітуди напруги змінюється зі зміною частоти, що пояснюється протилежним впливом зміни частоти на втрати через перемагнічування і втрати через електропровідність Для руд зміна модуляції від частоти невелика Для немагнітних металів ця зміна істотна в діапазоні від 200Гц до 2кГц Таким чином, якщо одночасно в однакових умовах робити виміри величини модуляції напруги на двох різних частотах і здійснити вирахування величин модуляції на кожній частоті, можна забезпечити компенсацію впливу руди на вихідний сигнал детектора Для цього необхідно привести амплітуди модуляції від руди обох частотних складових до одного рівня При компенсованому впливі руди поява навіть невеликого шматочка металу на тлі потоку руди порушує взаємну нейтралізацію величин модуляцій частотних складових напруги датчика, що може бути використане для включення виконавчих ланцюгів Істотне значення має вибір частот збудження 51079 Для забезпечення високої чутливості до немагнітних марганцевистих сталей одна частота збудження повинна прийматися в межах від 200 до 400Гц, а інша - більшою, ніж 2кГц При цьому досягається максимальна різниця величин модуляції частотних складових На частоті збудження більше ЗкГц збільшується чутливість до магнітних сталей без аналогічною збільшення її до немагнітних металів Тому там, де необхідно усунути велику нерівномірність чутливості до різних сталей, вищу частоту порушення доцільно прийняти рівну від 2 до ЗкГц При такій частоті різниця величин модуляції частотних складових для магнітної конструкційної сталі і немагнітної марганцевистої сталі (з урахуванням зміни масштабу для компенсації руди) будуть приблизно однакові і близькі до чутливості до інших металів Зменшення низької частоти нижче 200Гц зменшує частотні властивості металошукача, тобто обмежує можливу швидкість конвеєра, а збільшення її вище 400Гц зменшує чутливість до марганцевистих сталей До цього ж ефекту приводить зменшення високої частоти нижче 2кГц Збільшення ж високої частоти вище ЗкГц помітно збільшує чутливість до магнітних сталей, не змінюючи її до немагнітних сталей Таким чином, компенсація впливу феромагнітної руди і збільшення за рахунок цього чутливості до металевих предметів може бути здійснена шляхом одночасного випромінювання електромагнітних коливань двох частот, виділення обох частотних складових напруги, що наводиться на індукційному датчику, їх демодуляції й обчислення різниці величин модуляції Попередньо масштабні коефіцієнти величин, що віднімаються, установлюють такими, щоб при наявності феромагнітної руди величина різниці була мінімальна КІЛЬКІСНІ значення частот збудження при необхідності зблизити чутливість до магнітних і немагнітних сталей варто приймати в межах від 200 до 400Гц і від 2 до ЗкГц талошукач містить індукційний датчик 5 і схему детектора з елементів 6 - 1 3 Датчик 5 розташовується під стрічкою конвеєра Обмотка датчика 5 підключена через підсилювач 6 до двох полосових фільтрів 7, 8, один із яких налаштований на частоту збудження, що задається генератором 1, а другий - на частоту генератора 2 Кожний з фільтрів 7, 8 з'єднаний із входом свого амплітудного демодулятора 9, 10 Виходи демодуляторів підключені до схеми компаратора 11, вихід якої через тригер 12 зв'язаний з вихідним виконавчим реле 13 Спосіб може бути реалізований за допомогою металошукача за схемою фіг 2, який працює так Обидва генератори частот збудження 1, 2 через підсилювач 3 збуджують обмотку випромінювача 4, встановлену над стрічкою конвеєра Випромінювач формує електромагнітне поле, що пронизує потік феромагнітної сировини і досягає обмотки індукційного датчика 5, розташованого під стрічкою конвеєра в зоні випромінювача Напруга, що наводиться в обмотці 5, при проходженні феромагнітної руди чи металевих предметів модулюється по амплітуді Ця напруга підсилюється ЛІНІЙНИМ підсилювачем 6, після чого з нього за допомогою полосових частотних фільтрів 7, 8 виділяються складові частот збудження Кожна частотна складова напруги також модульована по амплітуді Величина амплітудної модуляції кожної частоти фіксується демодулятором 9, 10 За допомогою схеми компаратора напруги 11 проводиться віднімання величин сигналів на виході демодуляторів 9, 10 При цьому, попередньо при настроюванні металошукача рівень більшого сигналу встановлюється таким, щоб величина напруги на виході компаратора 11 при наявності руди була мінімальна При цьому здійснюється нейтралізація впливу феромагнітної руди Чутливість тригера 12 встановлюється такою, щоб він спрацьовував при визначеній амплітуді сигналу на виході компаратора 11 обумовленого величиною мінімального металевого предмета, що підлягає фіксуванню металошукачем Для здійснення способу необхідні зовсім ідентичні умови модуляції напруги датчика обома випромінюваними частотами Для цього останні повинні випромінюватися одночасно з одного місця на конвеєрі і сприйматися одним датчиком Функціональна схема металошукача, яка реалізує спосіб, що заявляється, представлена на фіг 2 де зображено 1 - генератор з частотою збудження fi, 2 - генератор з частотою збудження f2, 3 - підсилювач потужності, 4 - обмотка випромінювача 5 - обмотка індукційного датчика Зменшення нерівномірності чутливості до різних металів досягається за рахунок визначеного вибору частот випромінювання одна - в межах від 200 до 400Гц, а інша - від 2 до ЗкГц Перекидання тригера 12 приводить до спрацьовування виконавчого реле 13, яке викликає зупинку конвеєра і включає органи сигналізації Після видалення металу з конвеєрної стрічки, тригер 12 скидається у вихідний стан Пропозицію за даною заявкою доцільно використовувати при розробці конвеєрних металошукачів, призначених для захисту дробильного устаткування прничопереробних підприємств від поломок через влучення металевих предметів, що не дробляться АТЗТ «НДІАчормет» підготовляє до промислового виробництва металошукач «Бріз», що використовує заявлений спосіб Джерела інформації 1 Л Є Корицький, М Н Мінстер Захист дробарок від улучення металевих предметів Держміськтехвидав, М , 1963 2 В П Хорольський, А П Хорольський Системи автоматичного виявлення металевих предметів і видалення їх з технологічних потоків Чор 6 - ЛІНІЙНИЙ підсилювач, 7 - полосовий фільтр fi, 8 - полосовий фільтр f2, 9, 10 - демодулятори, 11 - компаратор напруги, 12 -тригер, 13 - виконавче реле На передавальній стороні два генератори частот збудження І, 2 через підсилювач потужності З підключені до обмотки випромінювача 4, встановленого над конвеєром На прийомній стороні ме 51079 метінформація Експрес-інформація, серія 2, вип 6, 1976 ЗЛА Гельбух Про можливість виявлення провідних феромагнітних предметів у феромагнітних речовинах «Елеісгрика», 1960, № 7 8 4 В Я Штейн та ш Спосіб виявлення металевих предметів у потоці матеріалу А/с № 200039, кл 21G, 30/10, БВ№16, 1967 5 В Р Рохлін Спосіб виявлення металевих включень А/с № 490059, кл G01V, 3/10 4+ 3 2 І 0 -1 -2 -З Urn, /маргавдоввега / юв ФІГ. І ГІ Г2 ФЇГ-2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71