РАЗДЕЛ 2
СИНТЕЗ МАГНИТНОГО ЗОНДИРУЮЩЕГО ПОЛЯ И АНАЛИЗ ПОЛЕЙ ИНДУЦИРОВАННЫХ
ФЕРРОМАГНИТНЫМИ ЧАСТИЦАМИ
2.1. Принцип построения магнитных систем металлодетекторов
Основой магнитной системы металлодетектора является источник зондирующего
электромагнитного поля, в качестве которого используется катушка прямоугольного
сечения в зоне которой расположены феррозонды. Магнитное поле катушки можно не
только рассчитать по известным формулам, но также с помощью разбиения катушки
на секции с отдельными источниками тока синтезировать в некотором объеме поле с
заданными параметрами, используя, например, методику, предложенную в [53].
Задачу синтеза магнитного поля системы можно сформулировать так: в плоскости
перпендикулярной оси катушки необходимо создать поле, вектор индукции которого
будет перпендикулярен этой плоскости.
В этом случае при расположении осей феррозондов так, что его стержни будут
лежать в этой плоскости, в них будет отсутствовать поле катушки (рис.2.1).
Поскольку идеального совпадения оси сердечников феррозондов с плоскостью не
удается достичь, то сердечники располагаются под некоторым углом к ней. Для
окончательного устранения влияния поля катушки на сигнал феррозонда, на их
сердечниках располагаются обмотки компенсации [54].
Топография распределения магнитного поля в пространстве может обуславливаться
также следующими требованиями:
распределить поле так, чтобы оно было, в основном, сконцентрировано в слое
контролируемого материала;
составляющая вектора напряженности магнитного поля, совпадающая с направлением
сердечников феррозондов, должна иметь минимальное значение в области
расположения линейки феррозондов.
Рис.2.1. Конструкция электромагнитной системы металлодетектора
1- катушка;
2- феррозонды.
На рис.2.2 показано распределение составляющих вектора напряженности магнитного
поля в среднем сечении прямоугольной катушки у её торца при постоянной
плотности тока в витках.
Сердечники феррозондов совпадают с осью z, так как z составляющая в центральном
сечении катушки равна нулю, то теоретически зондирующее поле феррозондами не
воспринимается. Однако, в следствие неточной ориентировки сердечников
феррозондов по z- составляющей и неточности изготовления катушки в сердечниках
феррозондов наводится поле и оно будет тем больше, чем больше значение
составляющих напряженности Нх и Ну в области расположения феррозондов.
Рис.2.2. Распределение проекций Нх, Ну вектора плотности магнитного поля на
трех уровнях расстояния до торца катушки 1, 2, 3.
Поэтому необходимо, чтобы модуль вектора напряженности поля в области
расположения линейки феррозондов принимает минимальное значение. (рис.2.3).
В точке (1) располагаются феррозонды, слой контролируемого материала
заканчивается в точке (2).
Размеры катушки зависят от расстояния до металлического объекта и выбираются
равными [53] где h расстояние до ФЧ. Поле катушки можно аппроксимировать полем
одного или нескольких витков, расположенных по центру ее обмотки. Формулы для
расчета составляющих вектора напряженности поля приведены в [53].
Противолежащие в плоскости феррозонды располагаются попарно и их выходные
обмотки включены по дифференциальной схеме. Таким образом, магнитная система
феррозондов без присутствия в зоне действия датчика металлического объекта
сбалансирована и выходной сигнал феррозондов равен нулю.
Рис.2.3. Необходимая топография модуля вектора напряженности магнитного поля.
При вхождении ФЧ в зону действия металлоискателя система феррозондов
разбалансируется и появляется сигнал на выходных обмотках. Величина сигнала
зависит от объема ФЧ и физических характеристик его материала.
Вторым вариантом построения магнитной системы является система, состоящая из
источника зондирующего поля и магниточувствительного элемента в виде
феррозондового многоэлементного датчика (МФД). Классификация этих систем
приведена на рис. 2.4.
Рис.2.4. Классификация магнитных систем металлодетекторов.
Характерным в разнообразии систем является то, что при переменном зондирующем
поле контроль можно осуществлять только в приложенном поле. Информационные поля
индуцируемые объектом в приложенном поле или является остаточным полем
намагниченного объекта (конечно, если объект выполнен из ферромагнитного
материала)
Виды принципов построения конструкций магнитных систем металлодетекторов
показаны на рис. 2.5. Накладная система датчика с контролем в приложенном поле
показана на рис. 2.5а. Эта система предназначена для контроля присутствия
слабомагнитных объектов, или объектов выполненных из магнито мягких сплавов.
Используется при широкой транспортерной ленте конвейера (ширина более 400 мм).
Для контроля таких же объектов показана магнитная система с приложенным полем
на рис. 2.5б.
Рис.2.5. Принципы построения магнитных систем металлодетекторов с МФД.
1- транспортер;
2- источник магнитного поля;
3- МФД.
Эта система предназначена для контроля пищевых продуктов на ленте транспортера,
ширина которого не превышает 400 мм.
Магнитные системы, показанные на рис.2.5в, г предназначены для контроля пищевых
продуктов в остаточном поле. Эти системы дают возможность обнаруживать объекты,
выполняемые из ферромагнитных материалов с достаточной коэрцитивной силой
(более чем 103 А/м)
2.2. Синтез зондирующего поля источника возбуждения металлодетектора
Оптимизация магнитной системы зондирующего поля по критерию максимальной
чувствительности является основной задачей проектирования всей системы
металлодетектора. Наиболее эффективным способом параметрической оптимизации
является синтез поля с заданными параметрами. [55, 56]. Синтез поля должен
- Київ+380960830922