CN114993155A - 使用脉冲涡流系统的厚度测量 - Google Patents

使用脉冲涡流系统的厚度测量 Download PDF

Info

Publication number
CN114993155A
CN114993155A CN202210172654.7A CN202210172654A CN114993155A CN 114993155 A CN114993155 A CN 114993155A CN 202210172654 A CN202210172654 A CN 202210172654A CN 114993155 A CN114993155 A CN 114993155A
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
point
normalized
flux
eddy current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210172654.7A
Other languages
English (en)
Inventor
斯滕·林德
亚尔·拉格纳·索贝尔
安德斯·艾登瓦尔
马丁·哈尔丁
阿列克桑德·德齐西奥尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Publication of CN114993155A publication Critical patent/CN114993155A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • G01B7/105Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance for measuring thickness of coating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/40Caliper-like sensors
    • G01B2210/46Caliper-like sensors with one or more detectors on a single side of the object to be measured and with a transmitter on the other side

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

本公开的各实施例涉及使用脉冲涡流系统的厚度测量。一种通过脉冲涡流(PEC)系统对导电材料的物体的厚度进行非接触测量的方法,该PEC系统包括发射器线圈和接收器线圈。该方法包括:在已经关断发射器线圈中的电流之后,在接收器线圈处,测量衰减磁场在第一时间点、第二时间点和第三时间点处感应产生的电压;通过将在第一时间点处所测量的通量与不存在物体时由接收器线圈拾取的预定总通量进行比较,计算由涡流在第一时间点处生成并由接收器线圈拾取的总磁通量;使用所计算的总磁通量作为归一化因子,对由涡流产生并由接收器线圈拾取的所测量的磁通量进行归一化,使得所归一化的涡流通量与物体与发射器线圈和接收器线圈之间的距离无关。

Description

使用脉冲涡流系统的厚度测量
技术领域
本公开涉及借助脉冲涡流(PEC)系统对导电材料的物体的厚度进行非接触测量,该PEC系统包括:发射器,被配置成产生变化的电磁场,该变化的电磁场在被布置在其内的物体中感应产生涡流;以及接收器,被配置成检测由涡流产生的变化的电磁场。
背景技术
PEC(例如,如US 5,059,902中所述)已成功应用于诸如电阻率、有色金属板厚度和边缘位置之类机械量的测量。
该方法的工作原理是在发射器线圈中使用DC电流而在被测板中产生静态磁场。然后,通过关断电流突然移除磁场,将磁能存储在合适的负载电阻器中。测量由电流切断产生的第一脉冲,并且其积分可以用于确定板与线圈之间的距离。
在发射器线圈中的电流已经衰减后,可以开始测量由施加的磁场的突然变化而在板中感应产生的涡流。由板中涡流的快速衰减而引起的磁场变化可以感应产生小信号,可以对该小信号进行测量和分析以推导出板的电阻率和厚度。
涡流最早衰减的部分与厚度无关,并且可以用于衡量板的电阻率。后面的部分取决于薄层电阻,因此它取决于电阻率除以厚度。在计算电阻率和薄层电阻之后,可以推导出板的厚度,例如,如US 6,661,224中所述。
US 7,701,205公开了一种测量板厚度的PEC方法,其中发射器线圈被放置在板的一侧并且接收器线圈被放置在板的另一侧。
上述文献所述技术的一个潜在缺点是物体两侧都需要线圈系统,例如板。由于基于PEC的测量系统中线圈系统与物体之间的距离出于根本原因必须非常小(<20mm),因此需要将物体以物理方式安装在线圈系统之间限制了一般适用性。以上技术不可用的一个重要示例是管壁厚度的测量,其中通常不可能使其中一个线圈系统位于管内。另一个重要示例是轧制过程期间宽金属带(>1.5m)中间厚度的测量,其中实际上不可能以足以在厚度测量中达到所需准确度的高精度,以将两个线圈系统保持在相对于彼此的恒定位置上。到目前为止,无法将上述技术用于这些测量应用已经影响了PEC技术在金属行业中用于厚度和电阻率测量的一般适用性。
在US 5,059,902中,描述了一种确定物体的电阻率和厚度的通用技术。这项技术能够用于确定物体的厚度,无论是对于具有不同类型材料和厚度但准确度相对较低的一般情况,还是对于对材料和厚度范围限制更多且准确度更高的一般情况。这是因为实施US 5,059,902的方法是不实用的,该方法为每组位置、电阻率和厚度给出三个测量值,其中测量值与物理参数之间的所有关系都是非线性的且未知的。为了使用测量值来确定位置、电阻率和厚度这三个变量,必须使用不同的测试板进行测试测量以建立关系并对其进行描述,然后使用它们来确定物理参数。作为示例,如果物体的厚度可以变化10倍,举例来说从0.5mm到5mm,则电阻率可以变化10倍,举例来说从20nΩm到200nΩm。如果物理参数所需的测量准确度为0.1%,即当今金属行业的正常准确度等级,则必须至少对物理参数值的每2%的变化进行测试测量来建立关系,这是因为物理参数与测量之间的关系是强非线性的且未知的。这样的结果是,对于该示例,必须执行大约14000次电阻率和厚度参数具有不同值的测试,这意味着必须生产和测试相同数量的测试物体、板以提供足够的信息。出于实际的和经济的原因,可能无法处理那么大量的测试对象。要基于US 5,059,902创建有效的测量方法,必须接受较低的准确度,或者在更加受限的参数区域内使用该方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的借助脉冲涡流测量来确定导电材料的物体o的厚度的方式。
根据本发明的一方面,提供了一种借助PEC系统对导电材料的物体的厚度进行非接触测量的方法,该PEC系统包括发射器线圈和接收器线圈。该方法包括:在预定供应时间段期间,向发射器线圈供应恒定电流,所供应的电流产生穿透物体的电磁场。该方法还包括:在供应时间段之后,在开始时间点t0之后,关断所供应的电流,从而产生衰减磁场并在物体中产生感应涡流。该方法还包括:在接收器线圈处,在从所述开始时间点t0开始的预定测量时间段期间,测量衰减磁场感应产生的电压。电压通过积分转换为磁通量,并在第一时间点t1、第二时间点t2和至少一个稍后的时间点t3处进行测量。该方法还包括:通过将在第一时间点t1处测量的通量Φplate与不存在物体时由接收器线圈拾取的预定总通量Φ0进行比较,计算由涡流在第一时间点t1处产生并由接收器线圈拾取的总磁通量Φ1,其中第一时间点t1设置成满足不存在物体时第一时间点t1的磁通量Φ(t1)为零的规定的最早时间。该方法还包括:使用计算的总磁通量Φ1作为归一化因子,对由涡流产生并由接收器线圈拾取的所测量的磁通量Φec进行归一化,使得归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000031
与物体与发射器线圈和接收器线圈之间的距离无关,由此归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000032
在第一时间点t1处为零并在涡流消失后的某个时间为1。该方法还包括:使用时间常数T作为归一化因子,将归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000033
与归一化时间τ相关联,使得当实际时间t=t1时τ=0,并且当涡流已扩散到刚刚到达物体的背离发射器线圈的表面时,在关断供应的电流之后的某个时间时τ=1,由此归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000034
与从τ=0到τ=1的归一化时间间隔内的厚度无关,并且与物体在高于τ=1的时间的电阻率无关。该方法还包括:基于在第一时间点、第二时间点和稍后的时间点处的测量结果,确定物体的厚度和电阻率,其中第二时间点t2设置成处于从τ=0到τ=2的归一化时间间隔内,并且至少一个稍后的时间点t3设置成使得τ>2。
根据本发明的另一个方面,提供了一种计算机程序产品,其包括计算机可执行部件,当计算机可执行部件在包括在控制器中的处理电路上运行时,该计算机可执行部件用于使PEC系统的控制器执行本公开的方法。
根据本发明的另一个方面,提供了一种用于非接触测量导电材料的物体的厚度的PEC系统。该PEC系统包括发射器线圈、接收器线圈和控制器。该控制器包括处理电路和存储可由所述处理电路执行的指令的存储装置,由此所述控制器可操作用于执行本公开的方法的实施例。
根据本发明,通过对磁通量进行归一化并将其与归一化时间相关联,物体的厚度和电阻率可以通过不同时间点的PEC测量明确确定。
应当注意,在适当的情况下,任何方面的任何特征都可以应用于任何其他方面。同样,任何方面的任何优点都可以应用于任何其他方面。从以下详细公开、所附从属权利要求以及附图中,所附实施例的其他目的、特征和优点将变得显而易见。
通常,除非本文另有明确定义,否则权利要求中使用的所有术语均应根据其在技术领域中的普通含义进行解释。除非另有明确说明,否则所有对“一(a)/一个(an)/所述元件、设备、部件、器件、步骤等”的引用均应公开解释为指代元件、设备、部件、器件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明,否则本文公开的任何方法的步骤不必按照公开的确切顺序执行。为本公开的不同特征/部件使用“第一”、“第二”等只是为了将特征/部件与其他类似特征/部件区分开来,而不是为这些特征/部件赋予任何顺序或层次结构。
附图说明
将参考附图通过示例的方式对实施例进行描述,其中:
图1是根据本发明的一些实施例的PEC系统的示意性框图。
图2示出了根据本发明的一些实施例的由恒定的发射器电流穿过PEC系统的发射器线圈产生的磁场,在磁场完全穿透板后,即涡流无关已经消失并且磁场的分布与板的存在无关。
图3示出了根据本发明的一些实施例的在发射器电流被切断后不久在图1的PEC系统中由板中的涡流产生的磁场。
图4是显示了根据本发明的一些实施例的对于具有不同电阻率(ρ)和不同厚度(d)的板的归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000051
作为实际时间(t)的函数的曲线图。
图5是显示了根据本发明的一些实施例的对于与图4中相同的板,从τ=1到τ=10的归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000052
作为归一化时间(τ)的函数的曲线图。
图6是本发明方法的一些实施例的示意性流程图。
图7是根据本发明的一些实施例的PEC系统的控制器的示意性框图。
具体实施方式
现在将在下文中参考示出了某些实施例的附图对实施例进行更全面地描述。然而,在本公开的范围内可能有许多不同形式的其他实施例。确切而言,通过示例的方式提供以下实施例是为了使本公开彻底和完整,并且向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在整个说明书中相同的数字表示相同的元素。
图1示出了布置成用于测量物体1的厚度d的PEC系统10的一个实施例,物体1通常是导电材料的板(也可以称为金属片或金属条),该导电材料通常诸如Al之类的有色金属导电材料,该物体具有第一(此处为下)侧4a和第二(此处为上)侧4b。在图中,板状物体1具有垂直于图的平面的纵轴。在本文中,物体1被例示为板,但是在一些实施例中该物体可以具有其他形状。
PEC系统10包括发射器的发射器线圈2和接收器的接收器线圈3。在图中,发射器线圈2和接收器线圈3都布置在物体1的同一侧,这在一些实施例中是优选的。然而,在一些其他实施例中,接收器线圈3可以相对于发射器线圈2布置在物体1的相对侧。
发射器线圈2配置成产生所提供的电磁场的突然变化,这在布置在电磁场内的物体1中感应产生涡流,并且接收器线圈3配置成允许通过变化的电磁场在其中感应产生电压,该变化的电磁场例如首先是在关断穿过发射器线圈的电流时由崩溃的磁场产生,然后是由涡流产生。
PEC系统10可以包括控制器6,其用于经由例如如图中虚线所示的控制信令控制发射器和接收器。控制器6还可以配置有用于分析由物体1中的涡流在接收器线圈3中感应产生的电压以确定物体的厚度d的电路,如下文所进一步描述的。该控制器可以形成为单独的装置,或者与发射器和/或接收器部分或完全集成。控制器6可以例如包括与发射器和接收器分开布置的中央控制器装置以及与发射器和/或接收器集成的一个或多个分布式控制器装置。
涡流的归一化
为了能够从涡流的测量结果中计算厚度d和电阻率ρ,需要知道这些电流的大小。当关断发射器电流ITr时,板1中产生的涡流大小取决于发射器线圈2的尺寸、发射器电流ITr的大小以及线圈2与板1之间的距离D。为了根据本发明测量涡流大小,测量由接收器线圈3拾取的由发射器电流ITr产生的总通量Φ0,如下文所解释。
图2显示了流经发射器线圈2的由发射器电流ITr产生的磁场B(B表示磁通量/场密度,通常也称为磁场)的横截面。发射器线圈的横截面被示出为两个内部(未填充的)点,表示线圈的一匝垂直穿过图的平面的位置。接收器线圈3的横截面被视为两个外部(填充的/黑色)点。在图2和3的示例中,发射器线圈2因此例如同心地位于接收器线圈3内,但在本发明的其他实施例中,发射器线圈和接收器线圈可以以其他方式相对于彼此定位,例如沿平行于板1的轴并排定位。优选地,发射器线圈和接收器线圈在使用时都位于板的同一侧。场线与具有单匝的圆形发射器线圈2一致,但是根据应用的不同,发射器线圈和接收器线圈中的任意一个可以具有任何合适的形状和/或任何匝数。
在图2的示例中,磁场分布被显示为在施加恒定的(DC)发射器电流后经过足够长时间的磁场分布,此时涡流的可能影响已经消失。那么,场B的分布与板1的存在无关。
接收器线圈3的每一匝所拾取的总通量Φ根据定义等于接收器线圈3的匝所环绕的表面S上的磁场密度B的表面积分:
Figure BDA0003518987260000071
在接收器线圈3的每一匝中感应产生的电压V的大小通过法拉第定律获得为磁通量的时间导数:
Figure BDA0003518987260000072
当不存在板1时,一旦已切断发射器电流,磁场就会迅速消失。通过求从紧接在切断电流前的时间t0直到电流在时间t1成功关断后在接收器线圈3中感应产生的电压的积分,其中如果不存在板1,则Φ(t1)=0,通过以下方式获得如表面积分(上述)所定义的由接收器线圈3拾取的总通量Φ0
Figure BDA0003518987260000073
如上所述,第一时间点t1设置为如果不存在板1,则磁通量Φ(t1)为零。然而,应当注意,当关断发射器线圈中的电流时,穿过发射器线圈的电流会呈指数下降,并且在数学意义上不会达到零。因此,这里的磁通量Φ(t1)为零意指通量可以忽略不计、低于检测阈值或基本上为零。
实际上,发射器电流无法立即关断。所需时间t1取决于PEC系统10的电感、电容以及任何阻尼电阻器的值。因此,时间t1是一个取决于系统10的设计参数的常数。
当存在板1时,板中感应产生的涡流努力维持板中的磁场B,该磁场B在发射器电流ITr被切断之前直接存在。在这种情况下,时间t1的磁场变为如图3所示。
图3中板1上方的磁场B与图2相同。通过板中涡流的对称性,该场被镜像到板1下方。图3中的场B仅由涡流产生,并且与涡流大小成比例。
当存在板1时,由接收器线圈3拾取的由涡流在时间t1产生的总通量Φ(t1)被指定为Φ1。通过再次求从时间t0到t1在接收器线圈3种感应产生的电压V的积分,但现在在存在板1的情况下,得到:
Figure BDA0003518987260000081
从这一关系可以得到Φ1,其将作为归一化因子来消除测量结果对系统10的板1与线圈2和线圈3之间的距离D的依赖性:
φ1=φ0Plate
通量的归一化
为了测量涡流(ec)的时间依赖性,在时间t1开始积分并在另外的时间t内进行积分:
Figure BDA0003518987260000082
以这种方式测量的量在t→t1时为零,并且随着涡流和磁通量被板1的电阻率耗散而随时间增加。为了消除对距离D的依赖性,将其归一化为测量开始时的总通量Φ1
Figure BDA0003518987260000083
这会产生归一化的涡流通量,其从零开始(对于t=t1)并在所有涡流消失后达到一(即1)。
现在将根据这一个归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000084
对PEC测量结果的时间依赖性进行描述。
在时间t1,涡流集中到板1的最靠近发射器线圈2的表面(图2和3中的底面4a,见图1)。然后,由于板的电阻率ρ的影响,涡流会消散并散开。对于早期时间,板的厚度d没有影响,因此时间依赖性仅取决于电阻率。对于之后时间,时间依赖性更加复杂并且取决于电阻率和厚度。
作为示例,图4描述了具有三种不同厚度d(分别为1.5mm、3mm和4.5mm)的六个板1的归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000085
的时间依赖性,每个板分别具有两个不同的电阻率ρ,即,28nΩm和56nΩm。
如在图4中可见,对于原点设置在t1时的10μs以下的时间,对应于具有相同电阻率的板的所有曲线重合。在该时间范围内,测量结果仅取决于电阻率。然后,随着时间的增加,曲线彼此分离。
时间的归一化
在解决数学物理中的问题时,标准程序通常是引入归一化变量作为一种手段来简化对所涉及的不同参数的依赖性。如将看到的,这种应用于PEC技术的程序将大大减少提供用来校准用于从被测样本计算厚度和电阻率的模型所需的信息所需的测试物体。
在这种情况下,切断发射器电流ITr产生的涡流的耗散可以通过三维扩散方程进行描述,并且可以将时间归一化为问题的特征时间尺度,即
Figure BDA0003518987260000091
其中T是对应于扩散速率的时间常数,d是板的厚度,ρ是板的电阻率,并且μ0是真空磁导率。在已经确定物体1的厚度d和电阻率ρ之前,可以基于物体1的例如如由物体制造商给出的标称厚度来估计/计算时间常数T,以及从对物体的PEC测量结果以迭代方式估计的电阻率。ρ的第一个假设值给出了T的估计值,这从而确定新的ρ,而新的ρ又可以用于估计新的T,依此类推,直到可以以期望的精度计算T。
特征时间尺度描述了涡流扩散并到达背离发射器线圈2的表面(即图2和3中的顶表面4b,见图1)所花费的时间。这也是在此之后归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000092
的时间依赖性受板1的厚度d影响的时间。
如果将归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000093
与归一化时间τ作图,则得到一个更简单的关系,如图5所示,其中τ定义如下:
Figure BDA0003518987260000094
其中t是完全关断发射器电流后的实时时间,即,t1。于是,当实际时间t=t1时,归一化时间τ=0。τ的值、例如2表示实际时间t(通常以微秒为单位)对应于被测板1的两个时间常数T。
在图5中,对于与图4相同的六个板1,消除了对电阻率ρ的依赖性,并且测量结果仅取决于厚度d。通过这种方式大大简化了从归一化的涡流通量的测量结果中对电阻率和厚度的推导。这表明可以例如参考预先准备的标准或校准曲线明确确定厚度d。举例来说,可以将具有已知厚度和不同电阻率的多个物体(通常是板)的旧测量结果输入到本领域中公知的合适的黑箱模型中。
以归一化时间表示,第一次测量在早期时间τ2执行,此时归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000101
2)仅取决于板的电阻率。为了实现这一点,归一化时间τ2应小于,或在一的数量级(即1)上。在本发明的一些实施例中,第二时间点t2设置成处于τ=0到τ=2、优选τ=0.8到τ=1的范围内。
然后,在之后的归一化时间τ3执行第二次测量,此时归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000102
3)仅取决于板的厚度。该归一化时间τ3的值可以基于确定系统10的性能的其他标准、诸如接收器线圈3处的信噪比进行选择。至少2和/或小于10的值适用于τ3。在本发明的一些实施例中,第三时间点t3设置成处于从τ=3到τ=10、优选从τ=4到τ=7的归一化时间间隔内。
为了便于从测量的信号计算厚度和电阻率,或为了提高信噪比,可以适当地针对第三时间点在该归一化时间区域内的各个之后时间点执行多次测量,而不是仅在第三时间点t3处进行一次测量。因此,在本发明的一些实施例中,在(本文中为至少一个)第三时间点t3由衰减磁场感应产生的电压的测量包括在相应的之后(第三)时间点的至少两次测量,例如包括在之后时间点的两次测量或由其组成,该之后时间点诸如第一个之后时间点和第二个之后时间点(第二个之后时间点与第一个之后时间点不同),通常两者都在从τ=3到τ=10、优选地从τ=4到τ=7的标准化时间间隔内。
可以尽可能频繁地重复物体1的厚度测量,以便给出具有随时间变化的厚度的物体的密集样本。例如,这将是在测量轧机生产的材料的厚度时的情况。厚度测量之间的间隔应该长到足以防止与先前的一次或多次厚度测量相关的物体中感应产生的涡流的任何影响干扰之后的一次或多次厚度测量。
经验表明,如果供应时间段长到当关断电流时归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000111
已达到约三分之二,则在速度与准确度之间获得适当的平衡。
该过程的时间尺度可以通过物体1(通常是板)的所谓薄层电阻率确定。薄层电阻率定义为物体的电阻率除以其厚度。那么,以微秒为单位的合适供应时间可以计算为板厚度,通常是物体1的以μm为单位的标称厚度除以以nΩm为单位的电阻率并乘以17。
为了确定特征时间尺度,了解待测板的电阻率ρ和厚度d可能便于此。通常,板的标称厚度是已知的并且可以从测量结果中获得电阻率,由此可以以迭代方式获得正确的时间尺度。如果厚度事先未知,通过迭代仍然可以进行厚度测量。
图6是示出了本发明方法的一些实施例的流程图。该方法用于通过PEC系统10对导电材料的物体1的厚度d进行非接触测量,该PEC系统包括发射器线圈2和接收器线圈3。该方法包括:在预定供应时间段期间,向发射器线圈2供应S1恒定电流,所供应的电流产生穿透物体1的电磁场B。该方法还包括:在供应时间段之后,在开始时间点t0之后,关断S2供应的电流,从而产生衰减磁场B并在物体中产生感应涡流。该方法还包括:在接收器线圈3处,在从所述开始时间点t0开始的预定测量时间段期间,测量S3衰减磁场在第一时间点t1、第二时间点t2和至少一个之后或第三时间点t3处感应产生的电压。该方法还包括:通过将在第一时间点t1处测量的通量Φplate与不存在物体时由接收器线圈3拾取的预定总通量Φ0进行比较,计算S4由涡流在第一时间点t1处产生并由接收器线圈拾取的总磁通量Φ1,其中第一时间点t1设置成满足不存在物体时第一时间点t1的磁通量Φ(t1)为零的规定的最早时间。该方法还包括:使用计算S4的总磁通量Φ1作为归一化因子,对由涡流产生并由接收器线圈3拾取的所测量的磁通量Φec进行归一化S5,使得归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000112
与物体1与发射器线圈和接收器线圈之间的距离D无关,由此归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000113
在第一时间点t1处为零并在涡流消失后的某个时间为1。该方法还包括:使用时间常数T作为归一化因子,将归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000121
与归一化时间τ相关联S6,使得当实际时间t=t1时τ=0,并且当涡流已扩散到刚刚到达物体1的背离发射器线圈2的表面4b时,在关断供应的电流之后的某个时间时τ=1,由此归一化的涡流通量
Figure BDA0003518987260000122
与从τ=0到τ=1的归一化时间间隔内的厚度d无关,并且与物1体在高于τ=1的时间的电阻率ρ无关。该方法还包括:基于在第一、第二和较晚时间点处的测量结果,确定S7物体1的厚度d和电阻率ρ,其中第二时间点t2设置成处于从τ=0到τ=2的归一化时间间隔内,并且至少一个较晚时间点t3设置成使得τ>2。
图7示意性地示出了本公开的控制器6的实施例。控制器6包括处理电路61,例如中央处理单元(CPU)。处理电路61可以包括一个或多个微处理器形式的一个或多个处理单元。然而,处理电路61中可以包括具有计算能力的其他合适设备,例如,专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。处理电路61配置成运行存储在一个或多个存储单元、例如存储器的存储装置62中的一个或数个计算机程序或软件(SW)63。存储单元被视为计算机可读器件,与作为如本文所讨论的计算机可执行部件存储在其上的SW 63一起形成计算机程序产品62,并且可以是例如随机存取存储器(RAM)、闪存或其他固态存储器、或硬盘,或者其组合的形式。处理电路61还可以配置成根据需要将数据存储在存储装置62中。控制器6可以配置成执行本公开的方法。
以上主要参考几个实施例对本公开进行了描述。然而,如本领域技术人员容易理解的,在如所附权利要求定义的本公开的范围内,除了以上公开的实施例之外的其他实施例同样是可能的。

Claims (7)

1.一种借助脉冲涡流PEC系统(10)对导电材料的物体(1)的厚度(d)进行非接触测量的方法,所述PEC系统(10)包括发射器线圈(2)和接收器线圈(3),所述方法包括:
在预定供应时间段期间,向所述发射器线圈(2)供应(S1)恒定电流,所述供应的电流生成穿透所述物体(1)的电磁场(B);
在所述供应时间段之后,在开始时间点t0之后,关断(S2)所供应的电流,从而产生衰减磁场(B)并在所述物体中产生感应涡流;
在所述接收器线圈(3)处,在所述开始时间点t0处开始的预定测量时间段期间,测量(S3)所述衰减磁场在第一时间点t1、第二时间点t2和至少一个稍后的时间点t3处感应产生的电压;
通过将在所述第一时间点t1处测量的通量Φplate与不存在物体(1)时由所述接收器线圈拾取的预定总通量Φ0进行比较,计算(S4)由所述涡流在所述第一时间点t1处生成并由所述接收器线圈(3)拾取的总磁通量Φ1,其中所述第一时间点t1被设置成满足不存在物体(1)时所述第一时间点t1处的磁通量Φ(t1)为零的规定的最早时间,其中Φ1被计算(S4)为Φ0plate
使用所计算(S4)的总磁通量Φ1作为归一化因子,对由所述涡流生成并由所述接收器线圈(3)拾取的所测量的磁通量Φec进行归一化(S5),使得所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000011
与所述物体(1)与所述发射器线圈(2)和所述接收器线圈(3)之间的距离(D)无关,由此所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000012
在第一时间点t1处为零并且在所述涡流消失后的某个时间为1;
使用时间常数T作为归一化因子,将所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000013
与归一化时间τ相关联(S6),使得当实际时间t=t1时τ=0,并且当所述涡流已扩散到刚刚到达所述物体(1)的背离所述发射器线圈(2)的表面时,在关断所供应的电流之后的某个时间时τ=1,由此所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000014
与从τ=0到τ=1的归一化时间间隔内的所述厚度(d)无关,并且与所述物体(1)在高于τ=1的时间的电阻率(ρ)无关,其中所述时间常数T被计算为:
Figure FDA0003518987250000021
其中d是如先前估计的所述物体的厚度,ρ是如先前估计的所述物体的电阻率,并且μ0是真空磁导率;并且
基于在所述第一时间点、所述第二时间点和稍后的时间点处的测量结果,确定(S7)所述物体(1)的所述厚度(d)和所述电阻率(ρ),其中所述第二时间点t2被设置成处于从τ=0到τ=2的所述归一化时间间隔内,其中所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000022
仅取决于板的所述电阻率,并且所述至少一个稍后的时间点t3被设置成使得τ>2,其中所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000023
仅取决于所述板的所述厚度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二时间点t2被设置成处于τ=0.8到τ=1的范围内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述至少一个稍后的时间点t3被设置成处于从τ=3到τ=10、例如从τ=4到τ=7的所述归一化时间间隔内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述物体(1)是板。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述至少一个稍后的时间点t3包括第一稍后的时间点和第二稍后的时间点。
6.一种计算机程序产品(62),包括计算机可执行部件(63),当所述计算机可执行部件在控制器(6)中包括的处理电路系统(61)上运行时,所述计算机可执行部件用于使所述PEC系统(10)的所述控制器(6)执行前述权利要求中任一项所述的方法。
7.一种用于对导电材料的物体(1)的厚度(d)进行非接触测量的PEC系统(10),所述PEC系统包括发射器线圈(2)和接收器线圈(3)、以及控制器(6),所述控制器(6)包括:
处理电路(61);以及
存储装置(62),存储能够由所述处理电路(61)执行的指令(63),由此所述控制器可操作用于:
在预定供应时间段期间,向所述发射器线圈(2)供应恒定电流,所述供应的电流生成穿透所述物体(1)的电磁场(B);
在所述供应时间段之后,在开始时间点t0之后,关断所供应的电流,从而产生衰减磁场(B)并在所述物体中产生感应涡流;
在所述接收器线圈(3)处,在所述开始时间点t0处开始的预定测量时间段期间,测量所述衰减磁场在第一时间点t1、第二时间点t2和至少一个第三时间点t3处感应产生的电压;
通过将在所述第一时间点t1处测量的通量Φplate与不存在物体(1)时由所述接收器线圈拾取的预定总通量Φ0进行比较,计算由所述涡流在所述第一时间点t1处生成并由所述接收器线圈(3)拾取的总磁通量Φ1,其中所述第一时间点t1被设置成满足不存在物体(1)时所述第一时间点t1处的磁通量Φ(t1)为零的规定的最早时间,其中Φ1被计算(S4)为Φ0plate
使用所计算的总磁通量Φ1作为归一化因子,对由所述涡流生成并由所述接收器线圈(3)拾取的所测量的磁通量Φec进行归一化,使得所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000031
与所述物体(1)与所述发射器线圈(2)和所述接收器线圈(3)之间的距离(D)无关,由此所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000032
在第一时间点t1处为零并且在所述涡流消失后的某个时间为1;
使用时间常数T作为归一化因子,将所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000033
与归一化时间τ相关联,使得当实际时间t=t1时τ=0,并且当所述涡流已扩散到刚刚到达所述物体(1)的背离所述发射器线圈(2)的表面时,在关断所供应的电流之后的某个时间时τ=1,由此所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000034
与从τ=0到τ=1的归一化时间间隔内的所述厚度(d)无关,并且与所述物体(1)在高于τ=1的时间的电阻率(ρ)无关,其中所述时间常数T被计算为:
Figure FDA0003518987250000041
其中d是如先前估计的所述物体的厚度,ρ是如先前估计的所述物体的电阻率,并且μ0是真空磁导率;并且
基于在所述第一时间点、所述第二时间点和所述第三时间点处的测量结果,确定所述物体(1)的所述厚度(d)和所述电阻率(ρ),其中所述第二时间点t2被设置成处于从τ=0到τ=2的所述归一化时间间隔内,其中所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000042
仅取决于板的所述电阻率,并且所述第三时间点t3被设置成使得τ>2,其中所归一化的涡流通量
Figure FDA0003518987250000043
仅取决于所述板的所述厚度。
CN202210172654.7A 2021-03-02 2022-02-24 使用脉冲涡流系统的厚度测量 Pending CN114993155A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21160295.8A EP4053494B1 (en) 2021-03-02 2021-03-02 Thickness measurement using a pulsed eddy current system
EP21160295.8 2021-03-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114993155A true CN114993155A (zh) 2022-09-02

Family

ID=74856665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210172654.7A Pending CN114993155A (zh) 2021-03-02 2022-02-24 使用脉冲涡流系统的厚度测量

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11892285B2 (zh)
EP (1) EP4053494B1 (zh)
JP (1) JP2022134102A (zh)
KR (1) KR20220124087A (zh)
CN (1) CN114993155A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4116666B1 (en) * 2021-07-07 2024-01-31 Abb Schweiz Ag Receiver for a pulsed eddy current system
US20240234939A9 (en) 2021-10-01 2024-07-11 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module and battery pack comprising same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE451886B (sv) 1986-10-10 1987-11-02 Sten Linder Sett och anordning for beroringsfri metning av storheter hos eller i anslutning till elektriskt ledande material
SE517293C2 (sv) 1999-06-30 2002-05-21 Abb Ab Förfarande och anordning för induktiv mätning av geometrisk dimension och elektrisk egenskap med motriktade magnetfält
US6593737B2 (en) 2000-08-24 2003-07-15 Shell Oil Company Method for measuring the wall thickness of an electrically conductive object
RU2323410C2 (ru) * 2002-12-19 2008-04-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Мониторинг толщины стенки
SE527091C2 (sv) * 2003-12-31 2005-12-20 Abb Ab Metod och anordning för beröringsfri mätning av tjocklek och elektriska ledningsförmåga hos ett mätobjekt
EP2064515B1 (en) * 2006-09-21 2014-11-26 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Inspection of an electrically conductive object using eddy currents
PT2409114E (pt) 2009-03-17 2013-05-22 Abb Ab Um método e um aparelho para a medição da espessura de uma camada de metal presente num objeto de metal
US9335151B2 (en) 2012-10-26 2016-05-10 Applied Materials, Inc. Film measurement

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220124087A (ko) 2022-09-13
EP4053494B1 (en) 2024-08-28
US20220282964A1 (en) 2022-09-08
EP4053494A1 (en) 2022-09-07
US11892285B2 (en) 2024-02-06
JP2022134102A (ja) 2022-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114993155A (zh) 使用脉冲涡流系统的厚度测量
EP0349528B1 (en) A method and measuring system for contactless measuring the values of magnitudes relating to electrically conductive materials
EP1196737B1 (en) Method and apparatus for inductive measurement of a dimension of an object
EP2574911A1 (en) Method and arrangement for crack detection in a metallic material
EP2409114B1 (en) A method and an apparatus for measuring the thickness of a metal layer provided on a metal object
Tytko et al. Fast calculation of the filamentary coil impedance using the truncated region eigenfunction expansion method
Kostin et al. Simulation of field and inductance spatial distribution in locally magnetized massive objects and optimization of U-shaped transducer design
EP1709390B1 (en) A method and device for measuring the thickness and the electrical conductivity of an object of measurement
US6236198B1 (en) Method and device for non-contact measurement of electrically conductive material
EP3415902B1 (en) System for nondestructive residual stress profiling using inductive sensing
JP4879518B2 (ja) 渦電流を用いた加工深さの測定試験方法及びこれを用いた測定試験装置
EP4158275A1 (en) Surface profile measuring instrument and method
US8280690B2 (en) Signal processing method and unit for a dimension-gauging system
WO2021254969A2 (en) Method and arrangement for crack detection at an edge in a metallic material
CN113661390A (zh) 用于对构件、尤其对喷射器保持体进行检验的方法
Kim et al. Eddy current methods for evaluation of the transformed fraction of metals by voltage source
Holmér Direct Sampling of the Pulsed Eddy Current Response From Non-Ferromagnetic Metals
Novoslugina et al. Main features of distributions of the magnetic flux leakage fields of defects different shapes
KR101543411B1 (ko) 코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법
JP2021032777A (ja) 塗膜の特性測定方法及び測定装置
JPH09126974A (ja) 押込硬さ試験方法および装置
JPH0797072B2 (ja) 押込硬さ試験方法および装置
Shukevich et al. An electromagnetic transducer for simultaneous measurements of the thickness of a metal and a nonmagnetic coating
JP2004020446A (ja) 応力の測定方法および応力測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination