CN1003887B - 测量导线绝缘层厚度的电感型测量探头 - Google Patents

Abstract

本测量探头（６）具有一个线圈（４）和一个接触部件（７）。线圈（４）的结构与装置是这样选定的以致使线圈（４）产生等量电感变化的导线上各点位于各同心圆上。接触部件（７）的端面（１１，１１′）具有适配于这些同心圆的周线。因此对绝缘层（例如电缆外皮）厚度的测量就变成与方向无关，并且测量探头和被测材料之间的相对位置不会影响测量结果；也就不再需要电缆的准确定位。

Description

测量导线绝缘层厚度的电感型测量探头

本发明介绍一种用以测量导线绝缘层厚度的电感型测量探头，它是由一个线圈和一个被设计成可放在具有被测绝缘层的导线上的接触部件所组成的。

在DE-AS1，673，888中所公开的这种测量电缆绝缘层厚度的测量探头中，其接触面具有一个容纳被测电缆的凹槽。现今使用的其他测量探头具有平的接触面。除了具有承受电缆的凹槽的测量探头只能用于特定直径范围，因而至少要对用于超出这个直径范围的电缆的，包含接触面的测量探头部件必须改变其接触面的这点以外，具有凹槽的测量探头和具有平的接触面的测量探头两者都有一个严重的缺点，就是当导线的表面的几何形状并不是像平面或圆筒形那样简单时，就会产生不能令人满意的大的测量误差。

电缆外皮在结构上总是多少有点不规则的因而不是理想的圆形。因此，即使电缆被很准确地定位，这种测量探头将要时时依赖于位于离被测量点某一距离处的电缆位置而定，于是外皮的测量厚度的记录将偏离实际厚度，而得到错误的测量结果。

人们曾企图利用可与电缆表面配合的移动式测量探头，但已发现这种探头非常易出故障，所以实际上未被采纳。

本发明用来提供一种这样设计的测量探头，以致使不规则的电缆外皮不会使测量出错，并消除了由于探头与电缆外皮不完善的接触面而引起的误差。

按照本发明，为了解决这个问题，其线圈是这样设计与布置的，以致使接触部件的接触端面区域中，使线圈电感量或品质因数产生等量变化的导线上各点的几何位置总是位于各同心圆上，并且该接触部件的接触端面具有一种适应于这些同心圆的周线。

按照本发明所设计的线圈可使接触部件的周级能适应于所述等量线圈电感量或品质因数变化的几何位置。如果该线圈是LC振荡器的振荡线圈或者它是测量电桥的一个组成部件的话，则这些几何位置就是该振荡线圈的各相等失谐点或该测量电桥各相等的不平衡点。所以电缆外皮厚度的测量就变成与方向无关，并且被测物体相对于测量探头的位置就变得不重要了。按照本发明的测量探头没有活动部件，所以不需维护。另一重要优点就是由于它现在可容许轴向偏差，所以电缆就不需准确地定位，从而就进一步简化了整个测量仪器的结构。

下文参考各附图所示的结构例子对本发明进行说明，在这些附图中，

图1是一个测量探头的各电气部件的电路方框图。

图2a，2b;3a，3b;4a，4b是用以说明按照本发明的测量探头作用的示意图，以及

图5a，5b是按照本发明的测量探头的两个剖面图。

根据图1，测量探头的电气部件大体上包括一个通过一个稳压级2供给交流电压并通过放大器3而产生测量信号M的LC振荡器1。该LC振荡器是一个包括一个线圈4和一个电容器5的振荡电路。线圈4就是用电感法测量厚度的测量线圈。也可用测量电桥（未示出）来代替LC振荡器1，用于感应法测量厚度。

当交流电流一流过线圈4，就产生杂散磁场。被放入这个磁场的导线就可改变该线圈的电感量或品质因数，因而LC振荡器的振荡电路频率或测量电桥的平衡度也发生改变。于是振荡电路或测量电桥就被放入线圈4的磁场中的导线所失调，而其失调程度取决于导线的距离。如果已知其距离和失调程度间的关系，则由测量信号M所代表的失调程度就是衡量导线距离的尺度。如果把线圈4装入被放在带有绝缘层的导线上的测量探头内，则该距离就等于该绝缘层的厚度，因而这个厚度就可由失调量来确定。

图2示意地示出两点极N和S间的磁场，其磁力线F从北极N延伸到南极S。如果将一个垂直于磁极N和S间所连接的轴线的平面E穿过这个磁场，则各相等磁场强度的几何位置就总是位于一个圆上，而各对应的圆都是同心圆。在图2b中以虚线示出各个圆K，该圆是沿图2a的箭头P方向的侧面视图。各圆K同时就是在由N与S极表现的磁场中的导线引起等量电感变化的各点的几何位置，因而也就是引起包含该线圈（图1）的LC振荡电路失调度相等的各点几何位置。

图3a，3b和4a，4b示意地表示出具有一个线圈4和一个用来放在被测对象上的接触部件7的测量探头6。其测量对象在图3a，3b中由带有绝缘I的带状导线L示出，而在图4a，4b中由带有绝缘外皮I的电缆C示出。

如图2b所示，线圈4被设计得使线圈电感产生等量变化的导线上各点几何位置位于与连接两极的轴线相垂直的平面上的各同心圆K上。在该图中，该平面就是该图的平面。接触部件7具有适合于这些同心圆K中之一的周线。

在图3a中，测量探头6和带有绝缘I的导线L采取理想的测量位置，即测量探头6与被测导线是垂直的。在图3b中，测量探头6与被测材料围成一个锐角，但是导体L刚刚与像图3a中同样的圆K′面相接触，以致在两种情况下都可使得LC振荡电路同样程度地失调（图1）。从这点看到所述线圈4和接触部件7的结构使绝缘I厚度的测量与其方向无关，并且测量探头对被测材料的相对位置对测量结果无影响。

图4a说明测量一根很不圆的电缆C的例子。由于测量探头6的接触部件7是被弄圆的，因此它只位于沿一条碰线的电缆外皮I上;或者如图5a和5b所示，只有在接触点上才可量到正确的电缆外皮I的厚度D。如果我们设想测量探头具有平的接触面，则将看到在这种情况下，会测出大得多的厚度来。

图4b说明测量圆形电缆C，但电缆C并不位于测量探头的轴线上的测量情况。可以看到，尽管存在轴向偏差，但与将会测出电缆外皮厚度D′值的一种传统的测量探头相反，这种测量探头将测出电缆外皮厚度的正确值D。

在图2中表示的磁场假定两个磁极N和S是点状的;当然，虽然在实际上，这样的点状磁极是不存在的;然而这并不会构成本发明的任何限制条件;首先，因为不需在整个360°圆周上都要满足必须使相等失调程度的几何位置位于各同心圆上的条件，例如如果在大约120°圆弧上满足这个条件就足够了。其次是因为该条件只需要适合于有限的距离范围。就这两个有限范围来说，所需磁场就可用具有U形或E形铁芯的线圈来产生。

图5a和5b各表示测量探头的剖面图。图5a的剖面平面穿过被测电缆C的轴线，而图5b的剖面展视出垂直于该轴线的剖面。

正如图示，测量探头6是由一个在其自由端插有接触部件7的管状套8（例如是铝制的）所组成的。图中，具有E形铁芯的线圈4被装在接触部件7的中央凹槽内。在线圈4的上面，装有所需电子元件的印刷电路板9被用螺丝固定在接触部件7上。在管状套8内，一根连接电缆线10从电路板9向上伸出，而在管状套8内电路板9上部的空间都被注满了树脂13。

接触部件7包括有一种适宜的合成树脂（例如一种聚甲醛，如由Du Pont公司销售的Delrin），并具有与线圈4的所述等量电感变化的同心圆K（图2b）相符的周线，同时使接触部件7尽量只与电缆C的外皮I呈点接触。按照该图，接触部件7的接触端面，在线圈4的磁力线方向上，也是就是说在线圈的E形铁芯的纵向上，被做成像透镜那样的曲面。并且它是由两个互相构成一个角度的侧面部件11、11′所组成，在这两个部件之间的边沿部份被稍予弄圆。两个侧面部件11、11′的倾斜度可提供与各同心圆K（图2b）相符的周线。

当然，这两个侧面部件11，11′可能会甚至更加接近适配于各同心圆K的形状，也就是在5b的剖面中接触部件7可能会有更加显著的圆弧周线。然而，由于测量探头7的直径，图中所示的周线应当是最优的，这是因为它也拥有上述所有优点，还因为两个侧面部件11，11′间的很钝的角度约为140°，它就拥有圆弧形周线的效果了。

为了尽可能地减少被测材料对该接触端面的磨损，在接触部件7的接触端面的线圈4的区域中插入一小片蓝宝石12。

测量探头6被装入测量仪器的合适的容器中。这种仪器可以被假定为已知，因此未在此加以说明。关于这方面可以参考本专利申请的申请人的电缆偏心度的测量和试验仪器。

虽然线圈4在上面描述中被表示为LC振荡器的振荡线圈，但一定不要以为仅局限于此。图为凡是交流电流流过的线圈不仅经受电感量的变化，而且，当一根导线移近它时也经受品质因数的改变;当然其厚度的测量也可作为线圈品质因数的测量来实现，例如利用测量电桥来测量。

Claims (8)

1、测量电缆绝缘层厚度的电感型测量探头，它包括具有同待测电缆绝缘层相接触的端面的一个接触部件和一个具有U形或E形铁心的线圈，该线圈产生的磁场形状使得在一个垂直于连接该线圈两极轴线的平面上，场强相等各点的几何位置构成各同心圆，其特征在于：所述接触部件（7）的端面（11，11;）具有与这些同心圆（K）之一相符的周线。

2、按照权利要求1的测量探头，其特征在于：接触部件（7）的接触端面具有相应于各同心圆（K）中之一的圆弧形。

3、按照权利要求1的测量探头，其特征在于其接触部件（7）在各同心圆平面（E）方向上的剖面中是具有山墙形的;还在于其接触端面是由两个互相置成一个角度的侧面部件（11，11′）所组成。

4、按照权利要求3的测量探头，其特征在于其两个侧面部件（11，11′）所围成的一个钝角最好是120°至150°之间的任一角度。

5、按照权利要求3或4的测量探头，其特征在于：接触部件7的接触端面，在垂直于各同心圆（K）的平面（E）的方向上，即在线圈（4）的磁力线（F）方向上，呈透镜形状的曲面。

6、按照权利要求5的测量探头，其特征在于：在打算要放在被测导线（C）上的区域的接触部件（7）的接触端面中插入一小片蓝宝石12。

7、按照权利要求6的测量探头，其特征在于：接触部件（7）是由合成树脂制成的，最好是用聚甲醛，并被插在一个管状套（8）内。

8、按照权利要求7的测量探头，其特征在于接触部件在离其接触端面某一距离处有一个容纳线圈（4）的凹槽。

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