CN103635798B - 电磁传感器及其校准 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供了一种用于检测金属靶微观结构的电磁传感器(400)，包括：磁性装置，用于提供励磁磁场；磁力计(430)，用于检测在金属靶中引起的合成磁场；以及校准电路(450、551、552、553、554)，用于生成校准磁场来校准电磁传感器，其中校准参考磁场是由励磁磁场在校准电路引起的电流产生的。

Description

电磁传感器及其校准
技术领域
本发明的实施方式涉及监测金属靶微观结构的装置和方法。特别是，虽然不排它地，本发明的一些实施方式涉及校准电磁传感器的装置和方法。特别是，虽然不排它地，本发明的一些实施方式涉及对金属靶的微观结构信息的监测。
背景
诸如钢的金属的生产过程中，受控冷却紧跟在金属轧制之后。生产过程期间，尤其是冷却过程，金属的微观结构演变并导致被加工的金属的最终微观结构。被加工的金属的微观结构对金属特性的许多方面都有影响，例如对拉伸强度有影响。
传统的微观结构分析技术是破坏性的，并且涉及从例如被加工的材料的线圈的端部去除用于分析的样本。这耗时间，高成本，不允许连续监测，并且只评估被加工的材料的一小部分。
当被加工的材料是钢时，据知电磁技术可以通过检测由于钢中电导率和磁导率的变化引起的铁磁相位改变来监测钢相位转变。而且，如果线圈被放置在正被加工的钢的附近，这导致线圈阻抗测量的变化，因为电导率和磁导率受钢的微观结构的影响。例如奥氏体，高温下稳定阶段的铁，是顺磁性的，而稳定低温相位铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体是铁磁性的，低于约760℃的居里温度。钢的性能随着这些相位的体积分数剧烈变化，其很大程度上受制于钢的合金含量和冷却速率。
然而，在加工期间，问题出现在对金属的电磁特性的实时监测中。许多问题出自与金属加工相关的环境条件，例如热量、水分、湿度，等等。
发明内容
本发明的具体实施方式的目标是至少缓解现有技术中的一个或多个问题。
根据本发明的各方面，提供了以下所定义的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了用于检测金属靶的微观结构的电磁传感器，其包括：用于提供磁场的装置；用于检测在金属靶中引起的磁场的磁力计；和用于生成参考磁场来校准传感器单元的校准电路。
电磁传感器可包括多个校准电路。多个校准电路中的每一个可以被设置为在相应的频率范围内生成磁场。多个校准电路中的每一个可以包括相应的阻抗。一个或多个校准电路可包括校准线圈。电磁传感器可包括控制装置，用于选择性地控制参考磁场的生成。参考磁场可由在校准电路中由磁场引起的电流生成。磁力计可以是感应检测器线圈或霍尔传感器。电磁传感器可包括磁芯。磁芯可以是U型的或H型的。磁力计可被设置为贴近磁芯的磁极。生成磁场的装置可包括一个或多个励磁线圈。电磁传感器可包括控制单元，其被设置为确定校准周期并且在校准周期期间选择性地激活校准电路。控制单元可被设置为基于从磁力计输出的检测信号确定校准周期。控制单元可被设置为基于从磁力计输出的检测信号和预定义参考电平来确定校准周期。控制单元可包括用于接收来自生产设备的指示金属靶之间的周期的信号的输入端，其中控制单元被设置为基于该信号来确定校准周期。控制单元可被设置为选择性地控制多个校准电路。控制单元可被设置为使多个校准电路中的每一个校准电路输出相应的频率。
根据本发明的一个方面，提供了校准电磁传感器的方法，包括：提供励磁磁场；使校准电路输出校准磁场；在一个或多个磁力计上接收合成磁场；以及基于合成磁场确定对电磁传感器的校准。
励磁磁场可包括多频波形。本方法可包括使多个校准电路中的每一个校准电路在相应的频率范围输出校准磁场，并且确定在相应的频率范围对磁传感器的校准。本方法可包括确定励磁磁场与合成磁场之间的相位差。本方法可包括确定校准周期并在校准周期期间使校准电路产生校准磁场。校准周期可以是金属靶之间的周期。校准周期可根据来自一个或多个磁力计的输出确定。校准周期可在无校准磁场时基于来自一个或多个磁力计的输出被确定。校准周期可根据从生产过程接收的输入被确定。
根据本发明的一个方面，提供了用于监测金属靶的微观结构的系统，该系统包括：多个电磁传感器和一控制单元；多个电磁传感器用于输出磁场、检测合成磁场并响应于其来输出检测信号，控制单元被设置为接收来自多个电磁传感器的检测信号并确定多个磁传感器处的金属靶的微观结构。
多个磁传感器可被设置在金属靶的移动方向上。多个磁传感器可在金属靶生产过程中的冷却区域被间隔开。控制单元可被设置为对于多个磁传感器中的每一个确定输出磁场和合成磁场之间的相变。控制单元可被设置为确定金属靶的微观结构演变。
根据本发明的一个方面，提供了生产过程，包括根据本发明的方面的系统，其中控制单元被设置为输出指示金属靶的相位转变的信号，并且响应于其来控制生产过程中的一个或多个参数。一个或多个参数是金属靶冷却过程的参数。
根据本发明的一个方面，提供了监测金属靶微观结构的方法，包括：在多个电磁传感器输出磁场；确定多个电磁传感器的合成磁场；以及在多个磁传感器的每一个处确定金属靶的微观结构。
微观结构可基于合成磁场相对于输出磁场的相位响应被确定。微观结构可基于合成磁场相对于输出磁场的强度被确定。方法可包括确定金属靶的微观结构变化速率。方法可包括响应于所确定的微观结构来改变生产过程的一个或多个参数。一个或多个参数可包括金属靶的冷却参数。
附图说明
本发明的实施方式现在将仅通过举例的方法来描述，参考附图，其中：
图1是金属生产过程或“热轧”的原理图；
图2是现有电磁传感器的示例图；
图3是针对铁素体分数的规范化传感器输出的例图；
图4根据本发明的第一个实施方式电磁传感器的示例图；
图5根据本发明的第二个实施方式电磁传感器的示例图；
图6根据本发明的实施方式的系统的原理图；
图7是多个信号频率处所确定的相量的示例图；
图8是根据本发明的实施方式传感器输出的举例；
图9是根据本发明的另一实施方式的装置；和
图10是根据本发明的实施方式来自多个传感器的所确定的相位的示例图。
具体实施方式
本发明的实施方式意图在于减少金属靶生产过程期间与监测金属靶的微观结构的演变相关的问题。这个过程的实例可以是在钢生产的情况下钢热轧之后紧跟着受控冷却。然而，我们将意识到本发明的实施方式不限于用于钢靶，并且可用于一系列金属，包括含铁的或不含铁的金属靶。受控冷却期间，钢微观结构的变化可由材料具有的电磁特性的测量推断出来。本发明的实施方式参考钢的处理过程来描述。然而，据知本发明的实施方式在监测其他金属上也可以是有用的，尤其是含铁金属。
综观金属生产阶段，有时称为“热轧”的被示于图1中。
正在被处理中的钢101随着一个或多个连续地通过一个或多个轧钢机架110被轧制成要求的形状和初始尺寸。生产过程通常是仪器化的，带有一个或多个传感器120来测量厚度、宽度、形状等以及钢的温度。当钢产品离开最后一个轧钢机架110时，钢结构通常是高温的面心的立方奥氏体相。
当钢冷却时，通常在加速的钢冷却过程中使用空气、水或油冷却剂，这些可能通过安置在受控冷却区的一个或多个出口125被施加于钢上，钢转变到一种结构，此结构包括体心立方铁素体相和碳化物，通常是渗碳体(Fe3C)，后者的形态取决于冷却速率和组成。增加冷却速率或合金含量会在低温时引起形态改变，给出一个更精细的碳化物弥散，并因此给出更强壮的产品。通过改变最终的微观结构，可以由非常低的碳在金属产品中产生广泛的强度范围，实质上，带有200N/mm2拉伸强度的铁素体结构到超过1000N/mm2拉伸强度的高强度钢。这些具有更高的碳含量，其微观结构由铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体以及在某些情况下被称为TRIP钢的奥氏体的混合物组成，其通过适当的合金化在降到周围温度时已经很稳定。冷却过程通常是由一个或多个温度传感器140监测和控制，例如光学高温计，其可以被置于出口125之前和/或之后并且偶尔在出口125的中间特定区域中。
在冷却期间，由例如在可控的冷却区域中的传感器来监测钢的结构将是有用的。
为了在线地即实时地监测钢的微观结构，大量技术被提出，每一个都有其限制性。光学温度传感器被用于实现冷却反馈控制，但被水喷射的变化和表面辐射率的不规则性不利地影响。另外，温度只是微观结构的假定指示物，并且只有钢的表面被测量。其他可能的方法例如X射线衍射和激光超声波在实验室中已经被证明，但是由于水喷射和雾的影响，不能简单地在水冷却区域施展。
之前使用电磁传感器来监测微型结构的尝试已经受到以下因素限制：
1)来自其它工艺参数的干扰，例如提离(lift-off)(即传感器头和材料之间的距离)中的变化和附近钢架的影响
2)受限的检测范围，其中，对于一般高于30％铁素体含量的铁素体相分数，传感器响应趋于稳定。由于工业对更高分数的控制转变感兴趣，因此这是更严重的局限。
3)使传感器在恶劣的条件下长期工作的困难，这是在钢热轧机中所面临的，尤其伴随着热漂移，这是由于这种传感器不得不忍受高温。
图2示出了现有技术的传感器单元，一般用参考数字200指出，用于检测金属靶260的电磁特性。
通常金属靶260可以快速地移过一系列的辊，并且因此对金属靶的贴近仅限于一端，例如传感器单元200安置在一对辊之间。
传感器单元200包括磁芯210、励磁电源220和一个或多个磁性检测器230、240。磁芯210被配置为施加尽可能多的询问(interrogating)磁场250到金属靶260，并且因此基于U型线圈210的设计是优选的。励磁电源220可以是永久磁体或电磁体。检测组件230、240是磁力计并且感应检测器线圈和霍尔探针传感器两者都已经被报告。磁性检测器230、240安装在磁芯210的磁极。
图2中还示出了传感器200基本的U型线圈设计的两种变形。第一个变形显示了额外磁极270和磁力计，其被添加来提供磁场250的额外测量。额外的磁性检测器270提供的测量可以被用于消除潜在的误差来源，例如由传感器单元200和金属靶260之间的距离变化而引起的变化。这个距离通常简称为提离。第二个变形是背靠背配置中的两个额外的磁极280、290的组合，以实现H型传感器。
EP177626A题为“System for Online-Detecting Transformation value and/orFlatness of Steel or Magnetic Material”公开了一种用于在线检测钢或磁性材料的变化和/或平坦度的系统。该系统由板状金属靶的一面上的励磁线圈组成，其中励磁线圈生成交替的磁场。两个或更多的检测线圈被安置在与励磁线圈距离不同的位置，但与在类似于图2中所示的布置中的励磁线圈相互感应。来自检测线圈的磁场测量被送入算术单元，来获得变化值和金属靶的平坦度。
JP03262957A题为“Transformation Ratio Measuring Instrument for SteelMaterial”公开了使用尺寸不同的独立磁芯的系统。
EP01308721题为“Device and Method for Detecting Magnetic Properties ofa Metal Object”公开了与EP177626A相似的系统，但在这种状况下设备被公开用于检测金属靶对象的磁特性。该系统包括生成磁场的装置和用于测量金属靶产生的部分磁场的效应的检测装置。然而，在这种状况下，EP01308721公开了产生的磁场是连续的直流磁场，以及检测装置是适合于检测磁场的至少一个连续分量的装置。如图2所示，检测装置被置于传感器单元的磁极上。另外，所报告的系统具有位于生成及检测装置和金属靶之间的非磁性金属屏蔽。非磁性金属屏蔽不会影响直流磁场，这是使用连续直流而非交替的交流磁场的一个关键特征。
为了克服于来自于当金属靶是板或条的形式时运载金属靶的轧辊的磁化的干扰有关的问题，JP07325067A题为“Transformation Factor Measuring Device”公开了转换因子测量设备，其中励磁电源设置在金属靶一边，并且检测组件设置在金属靶另一边。这种方法帮助减少运载金属靶板的轧辊的磁化影响，然而有一个缺点，即系统不同的部分安置在不同的位置，使系统更难以部署，并且使系统更难以免受快速移动的金属靶板的系统组件的影响。
使用仅用连续的直流励磁或单个频率励磁的传感器单元的缺点是测量系统对钢靶的转变的分数的有限检测范围敏感，其中对于高于30％铁素体含量的铁素体相分数，传感器单元响应趋于稳定，这已经在(材料科学期刊(2007)第42卷第6854到6861页、Yin等人的“Exploring the relationship between ferrite fraction and morphology and theelectromagnetic properties of steel”)中报道并示于图3中。由于钢工业对控制更高分数的转变感兴趣，因此这是更严重的局限。Yin等人的论文中讨论了传感器单元可以用于使用多频测量在钢靶中铁素体转变分数的整个范围(0-100％)内识别转变的分数。
JP60017350A公开了一种系统，其在被测量的金属靶的同一侧使用励磁线圈和检测线圈来在数量上测量钢靶的转变速率，传送频率变化的电流到励磁线圈，并在每一个频率上从两个线圈获得厚度方向上的测量材料的磁导率。
不同频率的使用已经在(Dickinson等人的IEEE的仪表及测试设备学报(2007)第56(3)卷第879到第886页“The development of a multi-frequency electromagneticinstrument for monitoring the phase transformation of hot strip steel”)中报道。这篇文章中描述了一种仪器，其被设置为使用电磁传感器来分析热轧带钢的相变。传感器利用钢的电导率和磁导率的变化来监测生产期间的微型结构演变。传感器是基于H型铁芯的感应装置，使用包含数字信号处理器的多频阻抗分析仪对其进行询问。在线快速傅里叶变换被执行，以提取由于样品微观结构的演变而产生的多频电感的变化。呈现了来自一系列碳钢样品的测量和仪器的概述。结果验证了仪器的监测微型结构的变化以及阻止传感器和热板之间的提离距离的变化的能力。
JP 2000-304725题为“Method for Measuring Thickness of TransformationLayer of Steel Material”也公开了一种多频方法，用于监测金属靶的转变的进展。在这种状况中，金属靶是厚的，并且通过分析传感器单元测量的光谱，系统测量外面转变层的厚度。
然而，由于在金属加工环境中使用这样的电磁传感器，存在严重的问题。本发明的一些实施方式计划减少一个或多个这样的问题，以便电磁传感器可以更准确可靠地在这样的环境中使用。对于电磁传感器单元的设计存在挑战。理想的传感器单元应该能(i)阻止或减少来自其他过程参数的干扰，例如附近钢铁架的影响和提离中的变化，(ii)测量广泛范围的转变分数，例如转变分数的整个范围0到100％，和(iii)对于由高温环境引起的变化具有低敏感性，其中与温度在1000℃的热金属仅有很短的距离，例如距传感器单元的活跃的一边仅几厘米。本发明的一些实施方式可以旨在解决或减少其中的一些问题。
本发明实施方式的第一个方面涉及用于校准电磁传感器单元的装置和方法。特别地，第一方面涉及用于在传感器单元操作期间实现定期校准的装置和方法。由于操作中所遭遇到的非常高的温度环境伴随非常高的辐射热负荷，传感器单元的频繁校准是可取的，通常自正处于测量中的金属靶的至少一部分中运用。
本发明的一些实施方式提供了施加一个或多个参考校准电平到电磁传感器单元的电子装置。
图4根据本发明的第一个实施方式示例了装置400。装置是电磁传感器单元400，用于感测金属靶的微观结构。
传感器单元400包括磁芯410、一个或多个励磁源420和一个或多个磁检测器430。磁芯410被配置为把由励磁源420产生的询问磁场440施加到金属靶(未示出)。磁芯410可以是U型，如图4中所示，或可能被配置为不同的形状，例如H型。励磁源420可能是永久磁体、电磁体或其组合。磁性检测器430被布置为检测磁场440，并且可能包括一个或多个感应检测线圈和/或霍尔探头传感器。也可以构想其他的磁力计。在某些实施方式中，传感器单元400包括两个磁性检测器430，每一个被安装在磁芯410的相应磁极。线圈410可以是U型或H型(H型包括两个被背靠背布置的U型芯)。在某些实施方式中，线圈可能是H型并包括一个或多个背景检测器线圈445。传感器单元400还包括校准单元450用于校准传感器单元400。
校准单元450包括一个或多个校准电路，用于产生校准磁场，其与一个或多个励磁源420产生的磁场440相互作用，来模拟正贴近传感器400出现的金属靶的影响。在本发明的某些实施方式中，校准磁场是由询问磁场440在校准电路引起的电流产生的。校准电路可包括校准线圈451，用于增加校准电路对磁场440的敏感性。同时校准线圈451示于图4中，将意识到，校准单元450可包括多个校准线圈451。
校准单元450可还包括控制或开关装置452，用于控制校准线圈451的操作。控制装置452示于图4中，其作为一个开关，通过选择性地施加感应电涡流到校准线圈451来选择性地激活校准线圈451。控制装置可响应于接收到的校准控制信号而被操作，如将被讨论的。在其它的实施方式中，控制装置452用其他的方法来执行，例如通过可控制的电源或信号发生器，用于选择性地生成和施加电压或信号到校准线圈451。在带有校准线圈451的电路中提供了参考阻抗453或电阻，用于限制通过校准线圈451的电流。可选择的，来自电源或信号发生器的限制电流输出可以被使用。虽然没有在图4中示出，电源可被包括在校准单元450中，用于向校准线圈451提供电流或信号，其通过开关452被选择性地施加。
每一个校准线圈451可被围绕磁芯410的磁极设置，以便与由施加于金属靶的励磁源420产生的磁通量440的一部分相互作用。
当开关452闭合时，电流围绕包括校准线圈451和参考阻抗453的校准电路流动。校准单元450在磁性传感器上的影响类似于由励磁源420在金属靶上引起的涡流流动的影响。因此，校准单元450能够提供可被用于校准传感器单元400的已知输入给传感器单元400。校准单元450可被手工激活，例如通过开关452的用户激活，或通过开关452自动地激活，电源或信号发生器被诸如微处理器或相似物的控制单元激活。
图5示出了根据本发明进一步的实施方式的装置500。装置500包括如之前参考图4描述的电磁传感器410、420、430、440、445，并且为了清晰，相同编号部分的重复讨论将被省略。装置500还包括校准单元550，其含有多个校准电路551、552、553、554。每一个校准电路551、552、553、554被认为是如之前参考图4描述的校准单元450，并且为了清晰，重复讨论将被再次省略。如事先描述的，每一个校准电路551、552、553、554包括一个或多个校准线圈。
每一个校准电路551、552、553、554被分别控制来生成相应的磁场。每一个校准线圈可被设置为在不同的各自校准频率范围内操作，来在每一个频率范围校准传感器单元500的响应。第一校准线圈551可以被设置为在第一校准频率范围内操作，所述第一校准频率范围是较低的频率范围。此配置可以包括提供具有一个或较少匝数的第一校准线圈551。相似地，与第一校准线圈551相关的参考阻抗可以是较低的。第四校准线圈554可以被设置为在第四频率范围内操作，所述第四频率范围是较高的校准频率范围。此配置可以包括提供具有较大的匝数的第四校准线圈554。第二和第三校准线圈552、553可以被设置为在第二和第三各自的校准频率范围内操作，所述第二和第三各自的校准频率范围可以在第一和第四校准频率范围之间被相等地或不相等地间隔。同时第二种实施方式被示出，其含有四个校准电路551、552、553、554，将意识到，可以提供或多或少的校准电路。
图6示出了根据本发明的实施方式的系统600。系统600被设置为用于感测金属靶的微观结构，例如钢，其在诸如热轧的生产过程中形成。
系统600包括示于图4中的电磁传感器单元400和控制单元600。系统600的实施方式也可以设想包括图5中的传感器单元500。在这种状况下，控制单元600具有诸如4个的多个不同频率校准控制信号，来提供给四个校准线圈。
控制单元600包括信号单元610，用于分别地生成励磁和控制信号并接收用于/来自传感器单元400的检测信号。特别是，信号单元610输出一个或多个励磁信号到传感器单元400的励磁线圈420，并且接收来自传感器单元400的一个或多个检测线圈430的检测信号(示于图6的实施方式包括提供给励磁线圈420和两个检测线圈430的励磁信号，然而可以设想其它数量的励磁线圈和检测线圈)。信号单元610进一步被设置为输出校准控制信号到校准单元450，以被控制装置452接收来控制校准电路的操作。控制单元600还可以包括信号处理单元620，用于处理从传感器单元400接收的检测信号，如将被解释的。
为了校准传感器单元400，控制单元600生成励磁信号，用于传感器单元400的励磁线圈420。励磁信号可以是时变波形，例如正弦或余弦波形。励磁信号可以包括加在一起的波形，来形成多频波形。这样的波形在Dickinson等人的IEEE的仪表及测试设备学报(2007)第56(3)卷第879到886页中被描述，在此通过引用并入，虽然其它的波形也可以使用。驱动电路虽然没有在图6中示出，但其可以被设置在信号单元610的输出端和一个或多个励磁线圈420之间。控制单元600也生成用于校准单元450的校准控制信号。校准控制信号可以控制开关452，以便电路被选择性地形成，其包括校准线圈451，或可以直接生成施加于校准线圈的校准信号，例如具有频率f的信号。结果，生成校准磁场。校准磁场有效地修改由励磁线圈420生成的磁通量，来在传感器400上产生已知效应，这与金属靶的情况相似。校准磁场模拟由励磁信号在金属靶中引起的涡流的流动。控制单元600还被设置为接收一个或多个来自检测线圈430的检测信号。信号单元610数字化每一个接收到的信号，并且传递指示接收到的信号和生成的励磁信号的信息到信号处理单元620。
基于从信号单元610接收到的信息，信号处理单元620使用下变频转换技术将数字化的信号转变为相量等同量，正如所知的，例如来自引用的参考。信号处理620单元被设置为确定由金属靶或校准场造成的电磁传感器500中的阻抗的变化，正如将为本领域技术人员所理解的。阻抗变化被确定，其具有实部分量和虚部分量，即正交分量和同相分量，如图7中所示。这些可通过信号处理单元620比较励磁线圈420电流和检测线圈430输出电压波形来确定。这可以在感兴趣的多个频率的每一个中执行，以特别地获得与深度有关的分布图，因为更高的频率信号更深地渗透到金属靶中。每一个频率的复阻抗可被信号处理单元通过将快速傅里叶变换(FFT)计算出来，运用到电压电流波形，来获得每一个单独的频率的相应信号的相位和幅度。多频测量的举例示于图7中，用于非磁性金属靶，并且类似的多频测量可以通过应用校准线圈装置450获得，如图4所示。
为了校准电磁传感器400，通过在无金属靶的情况下减去一个或多个检测线圈430的响应、或在无金属靶但是校准单元450、550生成已知校准信号的情况下从检测线圈430的响应减去校准单元450的输出(背景电平)，信号处理单元620被设置为确定电磁传感器620对于在一个或多个感兴趣的频率的校准单元450、550的输出的梯度或敏感性。
校准单元的操作可如下描述。这里复相量表示法用于描述传感器的响应。假设，Z0fn是未出现金属靶时传感器的复阻抗输出，并且校准电路在频率fn未被激活时，并且ZCfn是未出现金属靶时传感器的复阻抗输出并且校准线圈在频率fn被激活，并且Zfn是出现金属靶时传感器的复阻抗输出，并且校准线圈在频率fn未被激活。规范化的和校准的传感器输出，NNfn可以如下计算：
最终，频率fn的校准的传感器的输出ZAfn可以进一步计算为
ZAfn＝K.NNfn
其中K是将频率fn下的校准电路的响应与这个频率下的理想响应关联起来的复合缩放因数。
本发明的一些实施方式利用金属靶之间的时间间隔(即，其间没有金属靶贴近电磁传感器)，来校准电磁传感器。时间间隔通常是几秒或更多，这发生在金属生产过程中，例如热轧，其是在每一个金属扁坯、钢坯或方坯上的轧制操作到诸如带、板、中节、轨道、杆等的最终产品之间，如图8所示。图8示出了来自被布置为用来监测从热轧机中生产出的金属靶的电磁传感器400、500的输出实例。参考数字810表示当金属靶贴近传感器400、500出现时的输出电平，而820表示当金属靶没有贴近传感器(即传感器单元位于在连续的金属靶之间)时的输出电平，并且其输出比较低。已认识到，金属靶之间的时间间隔820在某些实施方式中可以出现机会，以将一个或多个已知的输入条件施加到传感器单元来校准该传感器单元。预定的阈值水平830可被控制单元600用于确定什么时候金属靶没有贴近传感器。
为了校准传感器400、500，零(地)和预定的参考电平都被施加于传感器单元400、500。在没有金属靶出现时，即没有来自校准线圈的输出时，滚轧操作之间的时间间隔期间，零参考电平可以直接获得。预定的参考电平与来自一个或多个校准线圈的输出相对应。在现有技术中，这已经通过将具有已知电磁特性的参考材料样品放置为贴近传感器单元而被实现。然而，例如在正由热轧机生产的金属靶之间，这难以或不便于在短时间内或定期实现。
根据本发明的进一步的实施方式，图9示例了装置900。装置900被布置为确定金属靶950的电磁特性的与时间相关的分布图。特别地，装置900可以被用于确定或监测当金属靶950在热生产过程例如热轧后进行冷却时其电磁特性的演变。
装置900包括多个电磁传感器911、912、913…91n。每一个电磁传感器911、912、913…91n如先前所描述的可以参考图4或5。然而，值得注意的是，每一个电磁传感器911、912、913…91n可以不包括传感器单元450，550。也就是，本发明的一些实施方式中包括电磁传感器，该电磁传感器不包括校准单元或电路，但是应认识到实施方式可以被设想成其包括校准单元或电路。
系统900进一步包括多个控制单元921、922、923、92n，每一个分别与用于确定各个电磁传感器913…91n对金属靶的相响应的各个电磁传感器911、912、913…91n相关。控制单元可以分别形成，即分别被布置为使每一个提供输出给监测系统，或可以被设置为如图9所示，其中每一个控制单元是控制系统920的组成部件。当联合形成时，如图9中所示，通过一些子系统的重利用，可能总体上减少组件的数量。控制单元921、922、923、92n可参考图6被示出或描述。然而，每一个控制单元921、922、923、92n可以不包括用于控制校准单元450、550的输出。每一个控制单元921、922、923、92n可以包括一个或多个励磁信号输出和一个或多个检测信号输入，用于当贴近金属靶时确定电磁传感器的相位响应。每一个控制单元921、922、923、92n被布置为使用各个电磁传感器911、912、913…91n确定金属靶的结构变化。
电磁传感器911、912、913…91n被布置为经过一个或多个冷却区域贴近金属靶的路径，这些上面已经解释。冷却区域可以包括可控地冷却金属靶的装置。可控地冷却金属靶的装置可以包括一个或多个用于向金属靶施加流体例如空气或其他的气体或液体例如水或油的装置。随着金属靶在轧制方向(图10中示出)上的移动，它移动经过第一个电磁传感器911。响应于由分别的控制单元921产生的励磁信号，一个或多个检测信号被接收。励磁信号包括多个频率分量，这在图10中示出，虽然这些多频分量的存在和其数量是没有限制的。第一控制单元921被布置为确定在励磁信号的每一个频率的电磁传感器的相位响应。相似地，随着金属靶行进经过第二、第三和第四电磁传感器912、913、914中的每一个，各个控制单元被布置为确定励磁信号的每个频率处的传感器响应及相关的相位响应，如图10所示。
由图10可以看出，虽然每个传感器的相位图只是示例，并且不是按照比例绘制，四个示例的相量逐渐地顺时针方向旋转，指示出冷却时的金属靶的结构的发展或演变。因此控制系统920实时确定金属靶的结构发展。基于所确定的发展速率，控制系统920可以被布置为输出指示结构发展的信号930给处理器控制器940，其被布置为控制金属生产过程。信号可以指示金属靶的结构发展自预定的结构发展速率的偏离，以便过程控制器940可改变生产过程的一个或多个参数，以使金属靶的结构发展最优化。例如，如果信号930指示，作为冷却结果，金属靶的结构的形成比期望的更快，过程控制器可以降低流向金属靶的流体速度，例如降低来自以上所述的出口125的水流速度。用这种方法，金属靶的冷却可减慢到期望的速度。用这种方法，通过实时监测金属靶的结构变化，可以控制金属靶的合成品质。
从以上讨论中认识到，本发明的一些实施方式允许方便地校准电磁传感器。特别地，在一些实施方式中，校准可以在金属靶之间的自动确定的周期内实施。在一些实施方式中，电磁传感器阵列用于确定金属靶的微观结构的演变。通过这样的监测，金属靶的特性被控制。
应认识到，本发明的实施方式能够以硬件、软件或硬件和软件组合的形式来实现。任何这样的软件可被存储成易失性或非易失性存储形式，诸如ROM存储器件(无论是否可擦除或可重写)；或存储成内存的形式，例如RAM、内存芯片、器件或集成电路；或存储在光学或磁可读介质上，例如，CD、DVD、磁盘或磁带。将认识到，存储设备和存储媒介是机器可读存储器的实施方式，其适合于储存一个或多个程序，所述程序当被执行时，实施本发明的实施方式。因此，实施方式提供了程序以及存储这样的程序的机器可读存储器，该程序包括用于执行在之前的任何权利要求中要求权利的系统或方法的代码。仍然进一步，本发明的实施方式通过任何媒介例如通过有线或无线连接承载的通讯信号被电子传递，并且实施方式适当地包含相同内容。
本说明书(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)中描述的所有的特征、和/或由此公开的方法或过程的所有步骤可以以任何组合形式被组合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的组合。
本说明书(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)中公开的每一个特征可以由起相同、等同或相似作用的替代特征所取代，除非另有明确规定。因此，除非另有明确规定，所公开的每个特征仅是通常的一系列等同或相似特征的一个示例。
本发明并没有限于任何上述实施方式的细节。本发明可以延伸到本说明书(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或延伸到由此公开的方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。所述权利要求不应该解释为仅仅覆盖上述的实施方式，而是覆盖落入权利要求范围内的任何实施方式。

Claims (33)

1.一种电磁传感器(400)，其用于检测金属靶的微观结构，所述电磁传感器包括：
磁性装置，其用于提供励磁磁场；
磁力计(430)，其用于检测在金属靶中引起的合成磁场；和
校准电路(450、551、552、553、554)，其用于生成校准磁场来校准所述电磁传感器，其中所述校准磁场是由所述励磁磁场在所述校准电路中引起的电流产生的，所述校准磁场用来模拟正贴近所述电磁传感器出现的金属靶的影响。
2.如权利要求1所述的电磁传感器，包括多个校准电路(450、551、552、553、554)。
3.如权利要求2所述的电磁传感器，其中所述多个校准电路(450、551、552、553、554)中的每个校准电路被布置成在相应的频率范围产生所述校准磁场。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的电磁传感器，其中每个校准电路(450、551、552、553、554)包括相应的阻抗(453)。
5.如权利要求1所述的电磁传感器，其中所述校准电路包括校准线圈(451)。
6.如权利要求2或3所述的电磁传感器，其中所述多个校准电路(450、551、552、553、554)中的一个或多个包括校准线圈(451)。
7.如权利要求1-3中的任一项所述的电磁传感器，其包括控制装置(452)，用于选择性地控制所述校准磁场的产生。
8.如权利要求1-3中的任一项所述的电磁传感器，其中所述磁力计(430)是感应检测器线圈或霍尔传感器。
9.如权利要求1-3中的任一项所述的电磁传感器，其包括磁芯(410)。
10.如权利要求9所述的电磁传感器，其中所述磁芯(410)是U型的或H型的。
11.如权利要求9所述的电磁传感器，其中所述磁力计(430)被布置为贴近所述磁芯(410)的磁极。
12.如权利要求10所述的电磁传感器，其中所述磁力计(430)被布置为贴近所述磁芯(410)的磁极。
13.如权利要求1-3中的任一项所述的电磁传感器，其中所述磁性装置包括一个或多个励磁线圈。
14.如权利要求1-3中的任一项所述的电磁传感器，包括：
控制单元(600、610)，其被布置为确定校准周期(820)，并在所述校准周期期间选择性地激活校准电路。
15.如权利要求14所述的电磁传感器，其中所述控制单元(600、610)被布置为基于从所述磁力计(430)输出的检测信号，确定所述校准周期(820)。
16.如权利要求14所述的电磁传感器，其中所述控制单元(600、610)被布置为基于从所述磁力计(430)输出的检测信号和预定的参考电平，确定校准周期。
17.如权利要求15所述的电磁传感器，其中所述控制单元(600、610)被布置为基于从所述磁力计(430)输出的检测信号和预定的参考电平，确定校准周期。
18.如权利要求14所述的电磁传感器，其中所述控制单元(600、610)包括用于接收来自生产设备的信号的输入端，来自所述生产设备的所述信号指示金属靶之间的周期(820)，其中所述控制单元被布置为基于其确定所述校准周期。
19.如权利要求14所述的电磁传感器，其中所述控制单元(600、610)被布置为选择性地控制多个校准电路。
20.如权利要求15-18中的任一项所述的电磁传感器，其中所述控制单元(600、610)被布置为选择性地控制多个校准电路。
21.如权利要求19所述的电磁传感器，其中所述控制单元(600、610)被布置为使所控制的多个校准电路中的每个校准电路输出相应的频率。
22.如权利要求20所述的电磁传感器，其中所述控制单元(600、610)被布置为使所控制的多个校准电路中的每个校准电路输出相应的频率。
23.一种用于校准电磁传感器的方法，包括：
提供励磁磁场；
使得校准电路(450、551、552、553、554)输出校准磁场，其中所述校准磁场是由所述励磁磁场在所述校准电路中引起的电流产生的，所述校准磁场模拟正贴近所述电磁传感器出现的金属靶的影响；
在一个或多个磁力计(430)处接收合成磁场；和
基于所述合成磁场确定对所述电磁传感器的校准。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述励磁磁场包括多频波形。
25.如权利要求23或24所述的方法，包括使多个校准电路(551、552、553、554)每个在相应的频率范围输出校准磁场，并确定在每个相应的频率范围对所述电磁传感器的校准。
26.如权利要求23或24所述的方法，包括确定所述励磁磁场和所述合成磁场之间的相位差。
27.如权利要求23或24所述的方法，包括确定校准周期(820)，并使所述校准电路在所述校准周期期间生成所述校准磁场。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述校准周期(820)是金属靶之间的周期。
29.如权利要求27所述的方法，其中所述校准周期(820)根据来自所述一个或多个磁力计的输出被确定。
30.如权利要求28所述的方法，其中所述校准周期(820)根据来自所述一个或多个磁力计的输出被确定。
31.如权利要求29或30所述的方法，其中所述校准周期(820)在没有所述校准磁场时基于来自所述一个或多个磁力计(430)的输出被确定。
32.如权利要求27所述的方法，其中所述校准周期(820)根据从生产过程接收的输入被确定。
33.如权利要求28所述的方法，其中所述校准周期(820)根据从生产过程接收的输入被确定。
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