184962. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés villamosan vezető tárgyak áramvezető hurokkal való érzékelésére
3 184962 4 A találmány tárgya eljárás és elrendezés villamosán vezető tárgyak áramvezető hurokkal való érzékelésére, különösen fémtárgyak, mint pl. közúti gépjárművek, csővezetékek, vagy egyéb, villamos vezetőképességgel rendelkező tárgyak érzékelésére. Ismeretes, hogy az áramvezető hurokkal való érzékelésnek több előnye van, például : — jól behatárolható az érzékelési térrész, —- a hurok geometriájának változtatásával az érzékelési határok változtathatók, — a villamosán nem vezető tárgyak a mérést nem zavarják, — a mérőegység nem igényel karbantartást. Az ismert eljárások közül az induktív hurkot alkalmazó a legelterjedtebb, amelynél az érzékelő hurok egy (általában 10 kHz feletti rezonancia-frekvenciájú) rezgőkör induktív tagja. Maga az érzékelés azon alapul, hogy a hurok induktivitását a hurokhoz közeli villamosán vezető tárgyak az örvényáramú hatás révén a fluxusnak saját térfogatukból való kiszorításával befolyásolják. Az induktivitás változása miatt a rezgőkör frekvenciája szintén megváltozik, és ez meghatározott összefüggésben van a tárgy távolságával, illetve egyéb paramétereivel. A mérés egy fázisban történik. Egy ilyen eljárás részletes leírását adja az „Inductive 100p detector system” című US 3.943.339 sz. amerikai szabadalom. Jelfeldolgozási módszerében eltérő, de szintén induktív hurkot alkalmazó egyéb eljárásokat írnak le a „Vehicle detector” című US 2.943.306 sz. és US 3.164.802 sz. amerikai, valamint az „Induktionsschleifendetektor für Verkehrszahleinrichtugen” című DE 28 17 670 B1 sz. nyugatnémet szabadalmak. Ezen eljárásoknak azonban egyes esetekben az említett előnyök mellett az alábbi hátrányos tulajdonságai vannak : Ha a tárgy által keltett hurokinduktivitás — változás a tárgy kis térfogata, vagy nagy távolsága miatt csekély (10~2 nagyságrendű, ill. kisebb) a folyamatos, abszolút induktivitásméréssel történő érzékelése igen nehézzé válik, és egy határon túl már nem megvalósítható. A nehézséget az okozza, hogy a rezgőkör és a feldolgozó áramkör saját paraméterei a hőmérséklet, az alkatrész öregedés stb. hatására szintén változnak, és ez kis jelek esetén hamis érzékeléshez vezet. De még abban az esetben is, ha ideális, vagyis végtelenül stabil áramköri elemeket tételezünk fel, nem küszöbölhető ki a hurok deformációjából adódó hiba. Az induktív hurkos eljárások ezért nem abszolút, hanem relatív induktivitás-mérésre épülnek, vagyis csak azt érzékelik, hogy egy megelőző időpontban mért értékhez képest az induktivitás változása milyen mértékű. Ennek a relatív változásnak a tárggyal való összefüggésbe hozására adnak különböző megoldásokat egyrészt a korábban említett, másrészt a „Fahrzeugdetektor” című FR 15 55 659 sz. francia, és az „Anordnung zum Nachweisen von Fahrzeugen auf einer mehrspurigen Strasse” című 42-52834sz. japán szabadalmak. Az induktív hurokdetektoros eljárásoknak azonban a relatív mérési módszer miatt két alapvető hiányosságuk van. Egyrészt, ha a tárgy egy ideig nem változtatja pozícióját, az érzékelő „elfelejti”. Másrészt bekapcsolás után, vagy tápfeszültség kimaradás után az érzékelő nem képes eldönteni (mivel a megelőző hurokinduktivitásérték számára ismeretlen), hogy érzékelendő tárgy van-e a környezeteben, vagy sem. Az US 3.943.339 sz. szabadalom alapján a CANOGA cég által gyártott induktív hurokérzékelőre, ha a tárgy 10-3 nagyságrendű hurokinduktivitás-változást okoz, max. 1 órás tartási időt garantálnak. A mérési elrendezés olyan felépítésű, hogy a hurok, mint egy rezgőkör induktív tagja 105 Hz nagyságrendű szinuszos elektromágneses teret kelt. Ezt a környezet áramvezető tárgyai befolyásolják a rezgőkör frekvenciájára való visszahatással. A rezgőkörre van kapcsolva még egy nagypontosságú frekvenciamérő, amely igen kis változást is felismer. Egy mikroszámítógép —- mely az elrendezésnek szintén tartozéka — értékeli ki a változás sebességét és mértékét, és ezek alapján képezi a mérés eredményét. Az ún. „tartási idő” problémája abból a tényből ered, hogy a rezgőkör stabilitása nem végtelen, ezért egy kritikus frekvenciaváltozási sebességet a mérőrendszerben felhalmozódó hibaként tudomásul kell venni. A hiba felhalmozódása a garantált tartási idő végére éri el azt az értéket, amikor már nem dönthető el, tartózkodik-e a hurok közelében villamosán vezető tárgy, vagy sem. A jelen találmány célja, hogy olyan eljárást, illetve elrendezést hozzunk létre, amely az ismert eljárásoknál, illetve elrendezéseknél pontosabb mérést tesz lehetővé, a bekapcsolás után azonnal helyes információt szolgáltat, és ún. „tartási idő” korlátja nincs. A kitűzött célt olyan eljárás létrehozásával értük el, amely három fázisból áll: — áramvezető hurkot egyenáramú gerjesztéssel látunk el, minimálisan annyi ideig, amíg a hurok környezetében lévő villamosán vezető tárgyban, vagy az annak felületi rétegében keletkező örvényáramok ellenére a hurok fluxusa a statikus állapotot megközelítő mértékben hatol be a tárgyba. Statikus állapot alatt a mérendő tárgyban az örvényáram lecsengése utáni állapotot értjük. A gerjesztés idejét az érzékelni kívánt tárgyak típusától függően előzetesen számítással vagy méréssel határozhatjuk meg — az áramvezető hurok gerjesztését megszakítjuk, és megvárjuk amíg a hurokban az önindukciós tranziens jelenségek gyakorlatilag befejeződnek. (Ezt az időt a hurok induktivitása, a gerjesztő áram nagysága és a választott túlfeszültséggátló elem feszültség értéke együttesen határozza meg. Végül — az áramvezető hurokban mérjük azt a feszültséget, melyet a tárgyban folyó (a bekapcsoláskorival ellentétes polaritású) örvényáramok által fenntartott fluxus lassú csökkenése indukál. A találmány szerinti eljárást és elrendezést az alábbiakban kiviteli példák kapcsán, a mellékelt rajzok alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábrán a találmány szerinti elrendezés kapcsolási vázlatát mutatjuk be, ahol a gerjesztőhurok és a mérőhurok közös hurokként van kialakítva, és az érzékelendő tárgy nem ferromágneses anyagból van ; a 2. ábrán a gerjesztőhurok és a mérőhurok vázlata látható ; míg a 3. és 3b ábrákon a legegyszerűbb kompenzált hurkos kialakítások láthatók. A találmány szerinti eljárás lényegét az 1. ábrán látható elrendezés segítségével magyarázzuk. Az ábrán L villamosán vezető tárgy látható, amely H hurok közelében van. A H hurok egyik vége nulla V-on van, a másik vége r ellenálláson keresztül TG ' túlfeszültséggátló egyik kivezetésével és K kapcsolóelem egyik pólusával, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
