CZ26097U1 - Měřicí zařízení pro určování charakteru feromagnetického kordu a jeho vdálenosti od měřicího zařízení - Google Patents

Description

Oblast techniky

Navržené technické řešení se týká měřicího zařízení pro určování charakteru planámího feromagnetického kordu bez nutnosti odběru vzorku a určování jeho vzdálenosti od měřicího zařízení. Současnou aplikací více metod reaguje řešení na okolnost, že měřená odezva feromagnetických látek na elektromagnetické podněty závisí jak na vzdálenosti místa měření odezvy, tak na feromagnetických vlastnostech těchto látek.

Dosavadní stav techniky

Nedestruktivní způsob měření vzdálenosti (např. tloušťky nekovových povrchových vrstev od rovinného povrchu feromagnetického materiálu) je většinou založen na využití ultrazvuku, případně vířivých proudů, či na magnetickém principu a principu elektromagnetické indukce.

Ultrazvukové tloušťkoměry j sou založeny na měření doby odezvy, odrazu (echa) budicího ultrazvukového pulzu od substrátu zpět k budicí sondě. Jsou využitelné hlavně pro měření malých hodnot tlouštěk, jako např. pro kontrolu tloušťky laků. Jejich nevýhodou je jednak potřeba lubrikantu, kterým je zapotřebí opatřit povrch měřeného materiálu, a jednak fakt, že měřený materiál musí být homogenní, aby nedocházelo k rušivým odrazům na jeho nehomogenitách.

Zařízení pracující na magnetickém principu měří velikost přitažlivé síly mezi sondou, obsahující nejčastěji permanentní magnet a snímač síly (např. pružinu nebo tenzometr), a rovinou feromagnetického povrchu. Velikost přitažlivé síly je přitom nepřímo úměrná vzdálenosti sondy od povrchu.

Přístroje pracující na principu magnetické indukce využívají, stejně jako v předchozím případě, jako zdroje magnetického pole permanentní magnet, ale pro detekci změn magnetického toku, které závisí na vzdálenosti sondy od měřeného povrchu, se využívá magnetocitlivých detektorů. Základními typy magnetických snímačů jsou fluxmetr, Hallova sonda, magnetoinduktivní snímač, magnetoodporový snímač. Přístroje založené na těchto snímačích dokáží detekovat pouze feromagnetické objekty, nacházející se v dosahu budicího magnetického pole permanentního magnetu, které je jimi ovlivněno.

U přístrojů pracujících na principu elektromagnetické indukce budíme vnější magnetické pole střídavým proudem, procházejícím budicí cívkou. Změny magnetického pole a magnetického toku, které jsou opět úměrné vzdálenosti sondy od feromagnetického povrchu, jsou snímány detekční cívkou.

Využití vířivých proudů k detekci tloušťky nevodivých materiálů v poslední době roste. I zde se využívá principu elektromagnetické indukce, přičemž je vnější střídavé magnetické pole buzeno střídavým proudem procházejícím budicí cívkou. Dostane-li se sonda do blízkosti vodivého povrchu, vznikají v něm vířivé proudy, jejichž velikost bude úměrná vodivosti kovu a vzdálenosti sondy od jeho povrchu. Vířivé proudy přitom vytvářejí vlastní reakční magnetické pole, které zeslabuje pole budicí a tato změna je v sondě detekována. Přístroje založené na tomto principu jsou proto schopny detekovat nejen feromagnetické, ale jakékoliv vodivé objekty nacházející se v nevodivém nebo mírně vodivém prostředí.

Všechna měřicí zařízení k měření tloušťky, resp. vzdálenosti měřicího zařízení od referenčního povrchu jsou založena na některém se shora popsaných principů. Měřicí zařízení jsou výrobci patentově chráněna, přičemž většina patentů má specifický charakter, popisující konkrétní uspořádání. Měřicí zařízení vyhodnocující současně jak kvalitu feromagnetického kordu, tak jeho vzdálenost od měřicího zařízení však dosud popsáno není.

- 1 CZ 26097 Ul

Podstata technického řešeni

Měřicí zařízení pro určování charakteru feromagnetického kordu a jeho vzdálenosti od měřicího zařízení, vykazuje budicí cívku k vysílání harmonických a/nebo pulzních signálů, a po obou jejích stranách souose uložené snímací cívky jakož i řídicí jednotku jak k napájení budicí cívky odpovídajícími proudy, tak i ke zpracování signálů ze snímacích cívek, přičemž jeho podstata spočívá v tom, že snímací cívka, která je umístěna blíže měřenému feromagnetickému kordu, je určena pro snímání odezvy na pulzní i harmonický režim budicí cívky, a snímací cívka, která je umístěna ve větší vzdálenosti od měřeného feromagnetického kordu, je při snímání odezvy na harmonický režim budicí cívky zapojena jako kompenzační.

Je výhodné, obsahuje-li měřicí zařízení další doplňkové snímače ke snímání intenzity deformovaného magnetického pole.

Rovněž je výhodné, jsou-li doplňkové snímače Hallovy snímače a/nebo fluxmetry a/nebo magnetoodporové snímače.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení měřicího zařízení pro určování charakteru feromagnetického kordu a jeho vzdálenosti od měřicího zařízení podle předkládaného technického řešení je znázorněn na přiloženém obrázku, představujícím:

Fig. 1 - schematické znázornění měřicího zařízení s jednou budicí cívkou, dvěma souosými snímacími cívkami a několika dalšími magnetickými snímači.

Příklad provedení technického řešení

Měřicí zařízení pro určování charakteru feromagnetického kordu a jeho vzdálenosti od měřicího zařízení může být postaveno teoreticky na základě několika dotykových či bezdotykových metod, přičemž využití magnetických a elektromagnetických metod se pro daný účel jeví jako perspektivní, neboť u nich lze s úspěchem využít v poslední době výrobci elektronických součástek vyvíjených indukčních a magnetocitlivých snímačů. Vnější budicí pulzní nebo periodicky se měnící magnetické pole je vytvářeno budicí cívkou, kterou prochází budicí proud daného charakteru. Dostane-li se do oblasti dosahu tohoto pole kovový feromagnetický nebo neferomagnetický vodivý předmět, je magnetické pole deformováno, což se projeví ve změně magnetického toku. Změny toku se detekují ve snímací cívce, případně sadě snímacích cívek. Oba typy cívek (budicí i snímací) jsou soustředěny v měřicím zařízení respektive indukční sondě. Snímací cívka (cívky) je přitom umístěna tak, že za normálních okolností, tj. v případě, že kovové předměty se nacházejí mimo dosah budicího pole, není na jejím výstupu žádný elektrický signál. Dojde-li k narušení pole přiblížením kovového předmětu, dojde i k narušení vyvážení, a na výstupu snímací cívky se objeví signál, úměrný velikosti a typu předmětu nebo vzdálenosti předmětu od sondy.

Měření pulzní metodou je založeno na vyhodnocení časového průběhu proudu procházejícího měřicí cívkou v závislosti na vzdálenosti této cívky od měřeného objektu. Cívka je buzena obdélníkovými pulzy s proměnnou opakovači frekvencí. Je zaznamenávána jak časová odezva proudu bez přítomnosti kovového předmětu, tak i časová odezva proudu změněného přítomností kovového předmětu, nacházejícího se v dosahu budicího pole. Rozdíl těchto proudů je vyhodnocen pomocí rychlé Fouierovy transformace (FFT) a dále počítačově zpracován.

V předkládaném měřicím zařízení podle Fig. 1 k měření vzdálenosti a tvaru feromagnetického kordu se kombinuje harmonické buzení magnetického pole s buzením pulzním. Změny tvaru a velikosti budicích elektromagnetických signálů, generovaných budicí cívkou 2, způsobených přítomností feromagnetického kordu 7 nacházejícího se v dosahu tohoto pole, jsou detekovány jednak snímacími cívkami 3, 4 a jednak dalšími snímači 6 intenzity magnetického pole, jako jsou Hallovy sondy, fluxmetry či magnetoodporové snímače. Tyto „doplňkové“ snímače sledují zároveň i chování deformovaného vektorového magnetického pole v určitých vzdálenostech od fero-2 CZ 26097 Ul magnetického kordu. Budicí i snímací cívky, jakož i další doplňkové snímače intenzity magnetického pole jsou integrovány do měřicího zařízení 1, které se předem definovaným způsobem přikládá k měřenému objektu. Jednotlivé prvky umístěné v měřicím zařízení jsou uspořádány se stálou geometrií, měnící se však podle konkrétní konfigurace vodivých předmětů.

Harmonické buzení magnetického pole se provádí při několika relativně nízkých frekvencích tak, aby při vyšších budicích frekvencích nedocházelo k ovlivnění pole v důsledku velké permeability magnetického kordu. Aby bylo dosaženo větší citlivosti detekce, jsou snímací cívky 3, 7 doplněny cívkami kompenzačními 4, zapojenými v protifázi k příslušným snímacím cívkám 3, 7 tak, aby bez přítomnosti feromagnetického kordu byl detekovaný signál nulový. Kompenzační cívky 4 mohou být s určitými omezeními (např. nepřítomnost vnějších poruch pole) nahrazeny elektronickou kompenzací, kterou lze snadno realizovat digitálním přepínáním referenční úrovně kompenzačního signálu.

Pulzní metoda měření je založena na vyhodnocení časového průběhu proudové odezvy detekované snímací cívkou (cívkami) 3, 4 na budicí obdélníkový pulz. Snímaná proudová odezva přitom představuje široké frekvenční spektrum obsahující hlubokou informaci o vlastnostech feromagnetického kordu. Pulzní metoda měření doplňuje a rozšiřuje shora popsanou metodu frekvenčního harmonického buzení tím, že měření probíhá v časové doméně, která s použitím rychlé Fouierovy transformace může být převedena do domény frekvenční. Vzájemné porovnání výsledků získaných oběma metodami umožňuje usoudit, jak již bylo řečeno, nejen na charakter feromagnetického kordu, ale i zpřesnit údaje o měřené vzdálenosti kordu od měřicí sondy.

Popisovaný budicí i detekční systém využívá předností současné digitální techniky, která je základem řídicího systému 5. Umožňuje snadnou změnu velikosti, tvaru a frekvence budicího signálu. Předností digitální detekce signálu je její komplexní zpracování (amplituda i fáze), ale i možnost absolutního a relativního vyhodnocení měření.

Průmyslová využitelnost

Navržené technické řešení je možno využít ve všech průmyslových odvětvích, kde je třeba zjišťovat vzdálenost planámích ocelových struktur nebo tloušťku krycí nevodivé a nemagnetické vrstvy nad touto strukturou, a to s výhodou tam, kde jsou vlastnosti ocelové struktury (kordu) neznámé nebo kde se s časem mění (koroze).

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Měřicí zařízení pro určování charakteru feromagnetického kordu (7) a jeho vzdálenosti od měřicího zařízení, vykazující budicí cívku (2) k vysílání harmonických a/nebo pulzních signálů, a po obou jejích stranách souose uložené snímací cívky (3, 4), jakož i řídicí jednotku (5) jak k napájení budicí cívky (2) odpovídajícími proudy, tak i ke zpracování signálů ze snímacích cívek (3,4), vyznačující se tím, že snímací cívka (3), která je umístěna blíže měřenému feromagnetickému kordu (7), je určena pro snímání odezvy na pulzní i harmonický režim budicí cívky (2), a snímací cívka (4), která je umístěna ve větší vzdálenosti od měřeného feromagnetického kordu (7), je při snímání odezvy na harmonický režim budicí cívky (2) zapojena jako kompenzační.
2. 2. Měřicí zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že obsahuje další doplňkové snímače (6) ke snímání intenzity deformovaného magnetického pole.
3. 3. Měřicí zařízení podle nároku 2, vyznačené tím, že doplňkové snímače (6) jsou Hallovy snímače a/nebo fluxmetry a/nebo magnetoodporové snímače.