FI124980B - Ferromagneettisten hiukkasten mittausjärjestelmä - Google Patents

Description

Ferromagneettisten hiukkasten mittausjärjestelmä

Keksintö koskee järjestelmää, jolla mitataan dielektrisessä väliaineessa esiintyvien ferromagneettisten hiukkasten pitoisuutta. Ensisijainen tarkoitus on seurata voite-luöljyn puhtautta siihen metallin kulumisen seurauksena joutuneiden hiukkasten osalta. Mittausjärjestelmä käsittää sekä menetelmän että järjestelyn sen toteuttamiseksi.

Voiteluöljy on tunnetusti välttämätön väliaine koneistoissa, joissa metallipinnat liikkuvat toisiinsa nähden, kitkan pienentämiseksi ja liiallisen kuumenemisen estämiseksi. Tällaisia koneistoja ovat mm. erilaiset moottorit, voimansiirtolaitteet ja toimilaitteet sekä esimerkiksi valssauslinjat, paperikoneiden ja painokoneiden tuotantolinjat ja voimaloiden koneet. Voiteluöljyn kulutuksen suuruusluokka maailmassa on kymmenen miljoonaa kuutiometriä vuodessa. Käytön aikana voiteluöljy huononee likaantumisen vuoksi, ja lopulta se on kelvotonta tarkoitukseensa. Epäpuhtauksista suurimman osan, jopa 95%, muodostavat koneistosta irronneet ferromagneettiset hiukkaset. Tällaisten hiukkasten pitoisuus voiteluöljyssä on paras indikaattori koneiston kulumistilasta. Tämän vuoksi tieto kulumishiukkaspitoisuudesta on erittäin hyödyllinen, kun pyritään välttämään koneiston vikaantuminen ja tästä aiheutuvat kustannukset.

Kulumishiukkaspitoisuuden mittaamisessa voidaan periaatteessa käyttää ainakin seuraavia menetelmiä: - Ferrografia, jossa öljynäyte kuljetetaan staattisen magneettikentän läpi, jolloin eri kokoiset rautahiukkaset liikkuvat eri pitkän matkan. Tulosta tutkitaan erikoismikro-skoopilla. Mittalaitteisto on suhteellisen kallis ja altis ulkoisille häiriöille. - Emissiospektroskopia, jossa öljynäytettä esimerkiksi kuumennetaan voimakkaasti, ja sitten mitataan näytteestä tulevan säteilyn spektri. Eri aineet, kuten rauta, säteilevät tunnetusti eri taajuudella ja näkyvät spektrissä. Mittalaitteisto on suhteellisen kallis. - Neutroniaktivaatioanalyysi, jossa öljynäytettä pommitetaan neutroneilla niin, että siinä olevat kulumishiukkaset tulevat joksikin aikaa radioaktiivisiksi. Hiukkasten lähettämästä säteilystä voidaan päätellä niiden pitoisuus. Menetelmä on tarkka, mutta se vaatii kalliin mittalaitteiston ja on hidas. -Optinen menetelmä, jossa tutkitaan valon sirontaa öljynäytteestä. Mittalaitteisto on kallis, ja menetelmä ei käy, jos öljy on tummaa. - Lineaarisen magneettivasteen menetelmä, jossa magnetoidaan oljynäytteessä olevia ferromagneettisia hiukkasia magnetoitumiskuvaajan lineaarisella alueella.

Kelan, jolla magnetointi tehdään, impedanssi kasvaa hiukan ferromagneettisen materiaalin määrän kasvaessa. Tämä impedanssi muunnetaan lähtösuureeksi, joka siis periaatteessa ilmoittaa hiukkaspitoisuuden. Menetelmän haittana on sen epätyydyttävä herkkyys; pienillä hiukkaspitoisuuksilla mittasignaali ei erotu kohinasta. - Epälineaarisen magneettivasteen menetelmä, jossa muutetaan mittalaitteistoon kuuluvien lähetys- ja vastaanottoelimen välistä induktiivista kytkentää kyllästämällä oljynäytteessä olevat ferromagneettiset hiukkaset magneettisesti. Vastaanottosig-naalia käsittelemällä saadaan mittasignaali, jonka taso riippuu hiukkaspitoisuudesta.

Keksinnössä sovelletaan viimeksi mainittua menetelmää, joka onkin osoittautunut sopivimmaksi useimpiin käytännön tarpeisiin. Tarkastellaan menetelmää ensin teoriatasolla: Kuvassa 1 on erittäin tunnettu ferromagneettisten aineiden magne-toitumiskuvaaja HB-koordinaatistossa. Suure H on ulkopuolelta ferromagneettiseen aineeseen kohdistuvan magneettikentän voimakkuus, ja suure B on magneettivuon tiheys kyseisessä aineessa. Kun suure H lähtee kasvamaan nollasta, suure B kasvaa aluksi lineaarisesti ja suhteellisen jyrkästi ferromagneettisen aineen polaroituessa vähitellen magneettikentän suuntaiseksi. Kun polaroituminen on täysin tapahtunut eli aine on saturoitunut magneettisesti, magneettivuon tiheys B kasvaa enää vain hyvin loivasti, jos suuretta H edelleen kasvatetaan. Suhde B/H on permeabiliteetti μ eli magneettinen johtavuus. Jos ferromagneettinen kappale on osa magneettipiiriä, johon kuuluu ensiö- ja toisiokäämit, niin käämien välinen keskinäisinduktanssi ja kytkentä riippuvat permeabiliteetista. Pienillä signaalitasoil-la kytkentäkerroin on vakio, mutta suuremmilla signaalitasoilla se pienenee, jos ferromagneettinen aine käy välillä saturaatiossa. Kuvaajan derivaatta dB/dH eli dynaaminen permeabiliteetti Pd ilmoittaa magneettisen johtavuuden, kun magneettivuon voimakkuus H vaihtelee suhteellisen pienellä alueella jonkin toimintapisteen ympäristössä. Kuvassa 1 toimintapiste WP1 on lineaarisella alueella, jolla dynaaminen permeabiliteetti on suhteellisen suuri. Toimintapiste WP2 taas on epälineaarisella alueella, jolla dynaaminen permeabiliteetti on pieni. Oletetaan, että ferromagneettinen aine magnetoidaan johonkin toimintapisteeseen ja ensiöön syötetään suhteellisen pienellä vakioamplitudilla vaihtovirtaa. Tällöin toisiokäämiin indusoituu em. toimintapisteen WP2 tapauksessa selvästi pienempi vaihtojännite kuin toimintapisteen WP1 tapauksessa kytkennän pienenemisen vuoksi.

Kuva 2 esittää lohkokaaviona julkaisusta WO 2004/077044 tunnettua, epälineaarista magneettivastetta hyödyntävää järjestelmää ferromagneettisten hiukkasten pitoisuuden mittaamiseksi. Järjestelmään kuuluu pientaajuuslähde G1 ja heräte-lähde G2, magnetointikäämi 211, herätekäämi 212 ja toisiokäämi 220, ensimmäinen 230 ja toinen 240 ilmaisin sekä taajuuskertoja 250. Väliaine LO, jonka hiukkaspitoisuutta mitataan, on dielektrisessä astiassa käämien keskellä.

Pientaajuuslähde G1 kehittää sinimuotoisen syötteen FD, jonka taajuus f1 on väliltä 50-100 Hz, ja herätelähde G2 kehittää sinimuotoisen herätteen EX, jonka taajuus f2 on väliltä 10-100 kHz. Pientaajuuslähteen virta ohjataan magnetointikää-miin 211, jolla muodostettu magneettivuo kulkee väliaineen LO ja toisiokäämin 220 kautta. Magnetointikäämin magneettikenttä on niin voimakas, että väliaineessa olevat ferromagneettiset hiukkaset saturoituvat sen huippujen aikana. Heräteläh-teen G2 virta ohjataan herätekäämiin 212, jolla muodostettu magneettivuo kulkee niin ikään väliaineen LO ja toisiokäämin kautta ja summautuu magnetointikäämin magneettivuohon. Herätekäämin magneettikentän voimakkuus on amplitudiltaan ainakin kertaluokkaa pienempi kuin magnetointikäämin magneettikentän voimakkuus.

Toisiokäämistä 220 saadaan vaste RE, joka ilmaistaan koherentisti ensimmäisessä ilmaisimessa 230 käyttäen 'kantoaaltona' herätettä EX. Vasteen ilmaisutulos SD1 ilmaistaan koherentisti toisessa ilmaisimessa 240 käyttäen 'kantoaaltoa', jonka taajuus on 2 f1. Tämä apukantoaalto muodostetaan syötteestä FD taajuusker-tojalla 250. Toinen ilmaisutulos eli lähtösignaali SD2 näyttää siten signaalin SD1 amplitudin, tarkemmin sanottuna 2-f1-taajuisen komponentin amplitudin. Ilmaisimina voitaisiin periaatteessa käyttää myös verhokäyräilmaisimia, mutta silloin sig-naalikohinasuhde lähtösignaalissa olisi huonompi kuin koherentteja ilmaisimia käytettäessä. Kummassakin tapauksessa ilmaisimiin liittyy suotimia, joilla poistetaan signaalispektrien ylimääräisiä osia.

Kuva 3a esittää vastetta RE aikatasossa, sen periaatteellista aaltomuotoa. Vaste RE on kahden vastekomponentin summa. Ensimmäinen vastekomponentti RE1 on syötteen FD toisiokäämiin indusoima jännite. Ferromagneettisten hiukkasten saturoitumisen vuoksi ensimmäinen vastekomponentti ei ole sinimuotoinen vaan on huipuiltaan litistynyt. Toinen vastekomponentti on herätteen EX toisiokäämiin indusoima jännite. Sen amplitudi riippuu dynaamisesta permeabiliteetista Pd s ΔΒ/ΔΗ. Kun syöte FD on lähellä nollatasoa vastaten kuvan 1 ensimmäistä toimintapistettä WP1, pd ja toinen vastekomponentti RE2 ovat suhteellisen suuria. Kun syöte FD on huipun alueella vastaten kuvan 1 toista toimintapistettä WP2, pd ja toinen vastekomponentti ovat suhteellisen pieniä.

Kuva 3b esittää vasteen ilmaisutulosta SD1 aikatasossa. Se noudattaa muodoltaan toisen vastekomponentin RE2 amplitudin vaihtelua. Signaalin SD1 perustaa-juus on 2f1, koska toisella vastekomponentilla on minimi syötteen FD sekä positiivisen että negatiivisen huipun aikana, ja maksimi jokaisessa nollakohdassa.

Kuten mainittua, lähtösignaali SD2 on ilmaistu signaalista SD1 käyttäen 2 f1-taajuista apukantoaaltoa. Suodatettu ilmaisutulos on aikatasossa suora viiva. Jos väliaine olisi puhdas ferromagneettisista hiukkasista, se olisi magneettisesti lineaarinen, jolloin lähtösignaalin SD2 taso olisi nolla. Hiukkaspitoisuuden kasvaessa myös lähtösignaalin taso nousee. Tämä riippuvuus on lineaarinen. Magnetoivalla syötteellä FD on tietty optimiamplitudi lähtösignaalin laadun kannalta.

Kuva 4a esittää vastetta RE taajuustasossa, sen periaatteellista spektriä. Ensimmäinen vastekomponentti RE1 tuottaa spektriin taajuuskomponentin kohtaan f1 ja tämän taajuuskomponentin parittomia harmonisia. Toinen vastekomponentti RE2 tuottaa spektriin taajuuskomponentin kohtaan f2 ja tämän molemmin puolin sivu-kaistat, joissa taajuuskomponenttien väli on 2f1. Nämä sivukaistat samoin kuin f1 -taajuisen komponentin harmoniset ovat luonnollisesti seurausta väliaineen magneettisen epälineaarisuuden aiheuttamasta vääristymästä vasteessa RE.

Kuva 4b esittää vasteen ilmaisutulosta SD1 taajuustasossa. Koska apukantoaal-tona käytetään oikein vaiheistettua herätettä EX, tuloksena on mainittuja sivukais-toja vastaava kantataajuinen signaali, jonka perustaajuus on 2f1. Signaalista SD1 ilmaistun lähtösignaalin SD2 spektri on sitten pelkkä DC-komponentti alipääs-tösuodon jälkeen.

Edellä kuvattu menetelmä käyttää kahta eri taajuista sinimuotoista syöttöä. Siitä ja muista vastaavista käytetään nimitystä kaksitaajuusmenetelmät. Nämä ovat selektiivisiä ferromagneettisille kulumishiukkasille, eikä esimerkiksi öljyn tummuusasteella ole merkitystä. Kaksitaajuusmenetelmien haittana on, että niiden tarkkuus ei ole riittävä ympäristössä, jossa on häiriökenttiä. Tällaiset olot saattavat vallita teollisuuslaitoksessa ja liikkuvissa ajoneuvoissa. Tässä on huomattava, että kuvat 3a-4b esittävät asian kovin ideaalisesti. Käytännössä ferromagneettisen materiaalin määrä väliaineessa on hyvin pieni, jolloin herätettä vastaava hyötysignaali uhkaa hukkua häiriöihin ja kohinaan. Toinen vakava haitta on, että käämien välinen haja-kapasitanssi aiheuttaa toisiokäämiin f2-taajuisen jännitteen, jonka amplitudi on suuri, esimerkiksi tuhatkertainen verrattuna magneettisesta epälineaarisuudesta johtuvan jännitteen amplitudiin. Tällaisen häiriöjännitteen, jota tässä selostuksessa nimitetään parasiittiseksi jännitteeksi, eliminointi mittaustuloksesta on hankalaa.

Keksinnön tarkoituksena on vähentää tekniikan tasoon liittyviä haittoja. Keksinnön mukaiselle järjestelylle on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 13. Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön perusajatus on seuraava: Mitattavaan väliaineeseen synnytetään magneettikenttä kahdella signaalilla: pientaajuisella syötteellä ja suhteellisen suuritaa-juisella herätteellä. Syöte magnetoi väliaineessa olevat ferromagneettiset hiukkaset magnetointikuvaajan epälineaariselle alueelle. Heräte muodostetaan niin, että sen spektri on suhteellisen leveä ja siinä on tiheässä taajuuskomponentteja. Herätteen taso on niin suuri, että sitä vastaava magneettivuon tiheys väliaineessa vaihtelee epälineaarisesti syötteen ollessa huippuarvossaan tai lähellä sitä. Väliaineen magneettikenttää mitataan tuntoelimellä, jonka antamasta vastesignaalista ilmaistaan magneettisesta epälineaarisuudesta johtuva osa, joka on lähtösignaali. Ilmaisussa vaste kerrotaan magneettikenttää synnyttävällä signaalilla, jossa on sama satunnaisvaihtelu kuin vasteessa. Mitä suurempi on ferromagneettisten hiukkasten pitoisuus väliaineessa, sitä suurempi on lähtösignaalin taso. Tuntoelin on moniosainen toisiokäämi siten, että hajakapasitansseista johtuvat parasiittiset jännitteet osakäämeissä menevät vastakkain.

Keksinnön etuna on, että ferromagneettisten hiukkasten pitoisuuden mittauksen tarkkuus ja herkkyys ovat parempia kuin tunnetuissa menetelmissä. Tämä johtuu siitä, että heräte on satunnaisluontoinen signaali, jolloin sen spektrissä on yhden taajuuskomponentin sijasta tiheässä taajuuskomponentteja tietyllä alueella. Seurauksena on tunnettuun tekniikkaan verrattuna 20-30 dB parempi signaaliko-hinasuhde vasteessa ja lähtösignaalissa. Tästä seuraa edelleen, että menetelmän mukainen laite sopii käytettäväksi teollisuuslaitoksessa ja liikkuvissa ajoneuvoissa, joissa on voimakkaita ja eritaajuisia häiriökenttiä. Lisäksi keksinnön etuna on, että mittaus on reaaliaikainen, jolloin metallipintojen ja koneiden osien kulumista, jota hiukkaspitoisuus indikoi, voidaan seurata jatkuvasti. Tästä seuraa säästöjä huoltokustannuksissa. Edelleen keksinnön etuna on, että sen mukainen menetelmä on selektiivinen kulumishiukkasille eikä väliaineen mahdollinen tummuus haittaa. Edelleen keksinnön etuna on, että vasteessa esiintyvä parasiittinen jännite saadaan eliminoiduksi. Tämä johtuu edellä mainitusta toisiokäämin rakenteesta. Lisäksi ilmaisussa voidaan käyttää mainitun kantoaallon taajuuden harmonista taajuutta, jonka kohdalla parasiittista jännitettä ei esiinny. Edelleen keksinnön etuna on, että sen mukainen mittalaite on suhteellisen yksinkertainen ja halpa.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää ferromagneettisten aineiden magnetoitumiskuvaaja, kuva 2 esittää lohkokaaviona esimerkkiä tekniikan tason mukaisesta epälineaarista magneettivastetta hyödyntävästä järjestelmästä, kuvat 3a,besittävät kuvan 2 mukaisen järjestelmän tuottamia signaaleja aikatasossa, kuvat 4a,besittävät kuvan 2 mukaisen järjestelmän tuottamia signaaleja taajuus- tasossa, kuva 5 esittää lohkokaaviona esimerkkiä keksinnön mukaisesta järjestelystä, kuvat 6a-cesittävät kuvan 5 mukaisen järjestelmän tuottamia signaaleja taajuus- tasossa, kuva 7 esittää esimerkkiä keksinnön mukaiseen järjestelyyn kuuluvasta mitta-uskomponentista, kuvat 8a,besittävät esimerkkiä keksinnön mukaiseen järjestelyyn kuuluvasta toi-siokäämistä, kuva 9 esittää toista esimerkkiä keksinnön mukaiseen järjestelyyn kuuluvasta toisiokäämistä, kuva 10 esittää lohkokaaviona toista esimerkkiä keksinnön mukaisesta järjestelystä ja kuva 11 esittää periaatteellisesti mittauskomponentin tulosignaaleita ja lähtösig-naalia aikatasossa kuvan 10 mukaisessa järjestelyssä.

Kuvat 1 —4b selostettiin jo tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.

Kuvassa 5 on lohkokaaviona esimerkki keksinnön mukaisesta järjestelystä. Siinä on mittauskomponentti MCO sekä tämän syöttölaitteet ja vasteen käsittelylaitteet. Mittauskomponentin sähköiseen osaan kuuluu magnetointikäämi 521, herätekäämi 522 ja toisiokäämi 530. Mittauskomponentin läpi virtaa mitattava väliaine LO, käytännössä voiteluöljy.

Syöttölaitteisiin kuuluu kolme signaalilähdettä ja modulaattori. Ensimmäinen lähde G1 eli pientaajuuslähde kehittää syötteen FD, joka on tässä esimerkissä sinimuotoinen. Pientaajuuslähde G1 on kytketty magnetointikäämiin 521, jossa syntyvä magneettivuo kulkee väliaineen LO ja toisiokäämin 530 rajaaman tilan läpi. Syöte magnetoi huippujensa aikana väliaineessa olevat ferromagneettiset hiukkaset magnetointikuvaajan epälineaariselle alueelle. Toinen lähde G2 eli suurtaajuus-lähde kehittää 'kantoaallon' CR, joka viedään modulaattorin 510 kantoaaltotuloon. Kolmas lähde G3 kehittää satunnaissignaalin RS, joka viedään modulaattorin 510 modulointituloon. Modulaattorin lähtösignaali on heräte EX, joka muodostetaan siis kahdesta signaalista. Modulaatio on esimerkiksi taajuusmodulaatio suhteellisen suurella modulaatioindeksillä. Riippumatta modulaatiotyypistä heräte muodostetaan suhteellisen laajakaistaiseksi ja ainakin lähes jatkuvaksi niin, että siinä on tiheässä taajuuskomponentteja. Herätteen taso asetetaan niin, että sitä vastaava magneettivuon tiheys väliaineessa vaihtelee hyvin epälineaarisesti syötteen ollessa huippuarvossaan tai lähellä sitä. Heräte viedään herätekäämiin 522, jossa syntyvä magneettikenttä summautuu magnetointikäämin magneettikenttään.

Herätteelle EX käytetään tässä selostuksessa ja vaatimuksissa määrettä 'suuritaa-juinen' vain eron tekemiseksi syötteen FD taajuuteen. Käytännössä kantoaallon CR taajuus f2 on esimerkiksi 50 kHz, ei siis kovin suuri. Syötteen taajuus f1 on esimerkiksi 75 Hz. Määre 'satunnainen' taas kattaa tässä selostuksessa ja patenttivaatimuksissa myös määreen 'näennäissatunnainen'.

Magneettikenttää tunnusteleva toisiokäämi 530 antaa vastesignaalin eli lyhyemmin vasteen RE. Vasteessa on väliaineen magneettivuon tiheyden muuttumisnopeuteen verrannollinen osa ja käämien välisestä hajakapasitanssista johtuva häiriö-luontoinen osa. Toisiokäämi on kytketty ylipäästösuotimeen 535, joka vaimentaa vasteessa olevat pientaajuiset komponentit. Ylipäästösuotimen lähtö on kytketty analogiakertojan eli lyhyemmin kertojan 540 yhteen tuloon. Kertojan toiseen tuloon tuodaan heräte EX viiveyksikön 515 kautta. Herätettä viivästetään siinä saman verran kuin mitä mittauskomponentti MCO ja ylipäästösuodin 535 aiheuttavat herätteeseen viivettä. Heräte kerrotaan siis itsensä vääristyneellä ja kohinaisella muodolla. Tuloksena olevassa kertosignaalissa R53 on vääristymisestä johtuva pientaajuinen osa ja suurtaajuisia osia. Jälkimmäiset poistetaan kaistanpääs-tösuotimelle 545, jolle kertojan 540 lähtö on kytketty. Kaistanpäästösuodin 545 antaa hyötysignaalin R54, joka viedään ilmaisimen 550 signaalituloon. Kantoaalto ilmaisimelle 550 kehitetään syötteestä FD taajuuskertojan 525 ja vaiheensiirtimen 526 avulla. Taajuuskertoja, johon sisältyy myös keskitaajuuden 2f1 omaava kaistanpäästösuodin, antaa tämäntaajuisen siniaallon, jonka vaihe viritetään vaiheen-siirtimellä samaksi kuin hyötysignaalissa R54 olevan 2f1-taajuisen komponentin vaihe. Ilmaisimen 550 lähtö on kytketty alipäästösuotimelle 555, joka poistaa il maisimen lähtösignaalista kaikki varsinaiset taajuuskomponentit päästäen läpi vain tasa- eli DC-komponentin. Tämä on toinen ilmaisutulos OUT, joka on myös mittausjärjestelyn lähtösignaali.

Periaatekuvaan 5 ei ole merkitty näkyviin vahvistimia. Sellaisia tarvitaan luonnollisesti vastaanottopuolella eri kohdissa. Mittauskomponentissa MCO voi magneettikentän tuntoelimenä olla toisiokäämin sijasta myös esimerkiksi hall-anturi tai spinTJ (tunnel junction) -anturi, mutta käämi on käytännöllisin.

Kuvassa 6a on esimerkki satunnaissignaalin RS ja herätteen EX taajuustasoesi-tyksestä, ts. niiden spektristä. Kolmannen lähteen G3 kehittämässä satunnaissignaalissa RS on vaihtelua niin, että sen spektri sisältää runsaasti taajuuskom-ponentteja. Herätteen spektri 681 sijaitsee symmetrisesti kantoaaltotaajuuden f2 suhteen, ja sen leveys w2 on huomattavasti suurempi kuin signaalin RS spektrin leveys. Taajuuskomponenttien tiheys spektrissä 681 on suuri, ts. spektri on käytännöllisesti katsoen jatkuva. Tämä johtuu satunnaissignaalin luonteesta ja modulaatiosta.

Kuvassa 6b on esimerkki vasteen RE spektristä. Tämä sisältää syötteen FD välittömästi tuottaman osan ja herätteen EX tuottaman osan. Edellisessä on taajuus-komponentti syötetaajuuden f1 kohdalla ja väliaineen magneettisen epälineaarisuuden vuoksi tämän taajuuskomponentin parittomia harmonisia. Herätteen tuottamassa osassa on alkuperäisen spektrin 681 levyinen, taajuuden f2 ympärillä oleva osa 682. Lisäksi on tämän osaspektrin harmonisia, ts. taajuuksien 2f2, 3f2 jne. ympärillä olevat yhtä leveät spektrit johtuen herätteen vääristymisestä väliaineen ferromagneettisten hiukkasten vuoksi.

Kuvassa 6c on esimerkki hyötysignaalin R54 spektristä. Kertoja 540 tuottaa signaalin, jonka spektriin sisältyy suhteellisen kapeakaistaisia osaspektrejä syötteen FD taajuuden f1 parillisten monikertojen ympärillä. Nämä johtuvat väliaineen magneettisesta epälineaarisuudesta: Herätettä vastaavalla osalla vasteessa on minimi syötteen sekä positiivisen että negatiivisen huipun aikana ja maksimi jokaisessa nollakohdassa, kuten kuvan 3a esittämässä sinimuotoisen herätteen tapauksessa. Kaistanpäästösuodin 545 jättää kertojan lähtösignaalin eli kertosignaalin R53 spektristä jäljelle taajuuden 2f1 ympäristön 683, joka on hyötysignaalin R54 spektri.

Jos väliaine LO olisi magneettisesti lineaarista, vasteessa ei esiintyisi syötteen vaiheesta riippuvaa vaihtelua, eikä kertojan lähtösignaalin spektrissä olisi taajuu den 2f1 ympärillä olevaa osaa 683 lainkaan. Tällöin hyötysignaalin R54 samoinkuin lähtösignaalin OUT taso olisi nolla. Mitä enemmän väliaineessa on ferromagneettisia hiukkasia, sitä suurempi on hyötysignaalin ja lähtösignaalin taso.

Kuvat 6b ja 6c esittävät kohinatonta tapausta. Käytännössä signaalit ovat luonnollisesti kohinaisia. Kun ferromagneettisten hiukkasten pitoisuus on tarpeeksi pieni, esimerkiksi alle 10"8, kuvassa 6c näkyvä spektri 683 hukkuu kohinaan, eikä hyö-tysignaalista R54 saada hiukkaspitoisuuden kertovaa lähtösignaalia. Leveäkaistai-sen herätteen käytöllä kohinataso hyötysignaalissa saadaan pienemmäksi kaksi-taajuusmenetelmään verrattuna ja mittausjärjestelmän herkkyys siten paremmaksi. Lisäksi vähennetään esimerkiksi ajoneuvon sähkölaitteiden aiheuttamien voimakkaiden mutta kapeakaistaisten häiriöiden vaikutusta. Jos tällainen häiriö sattuu kuvassa 6b näkyvän spektrin 682 taajuusalueelle, kertoja 540 levittää häiriön energian laajalle kaistalle, samalla kun se keskittää hyötysignaalin spektrin suhteellisen kapealle alueelle. Tästä seuraa, että hyötysignaalin kaistalle jää vain pieni osa häiriön energiasta. Keksinnössä siis hyödynnetään sinänsä tunnettua haja-spektritekniikkaa.

Kuvassa 7 on esimerkki keksinnön mukaiseen järjestelyyn kuuluvasta mittaus-komponentista. Mittauskomponentti MCO on esitetty halkileikkauksena. Siihen kuuluu magnetointikäämi 521, herätekäämi 522, toisiokäämi 530 ja putki 570, jonka läpi menee väliaineen LO virtauskanava FCH. Käämit ovat lieriökäämejä ja niillä on sama akseli. Magnetointikäämi on uloimpana, herätekäämi keskellä ja toisiokäämi sisimpänä. Putki 570 on dielektristä, magneettisesti epäaktiivia ainetta, ja se on komponentin keskellä niin, että kaikki käämit kiertävät sen ympäri. Tällöin magnetointi- ja herätekäämillä synnytetty magneettivuo, jonka muutokset indusoivat toisiokäämiin 530 jännitteen, kulkee suurelta osin virtauskanavassa olevan väliaineen LO kautta.

Putki 570 on muotoiltu niin, että virtauskanavan FCH poikkipinta-ala muuttuu käämien keskikohdalla. Tähän palataan seuraavassa kuvien 8a, 8b selostuksessa. Kuva 7 on pelkistetty siten, että siinä ei näy putken 570 päissä olevat liittimet eivätkä myöskään käämirungot.

Kuvissa 8a ja 8b on esimerkki keksinnön mukaiseen järjestelyyn kuuluvasta toi-siokäämistä. Kuva 8a esittää toisiokäämin periaatteellista rakennetta kytkentäkaaviona, ja kuva 8b esittää sen fyysistä toteutusta. Toisiokäämi 830 on erikoistapaus ns. gradiometrisesta kelarakenteesta, jollaisessa on ainakin yksi kelapari siten, että parin kelat ovat samanlaisia, tietyllä etäisyydellä toisistaan samalla akselilla ja sarjassa vastinnavat yhteen kytkettynä. Tällöin sarjakytkentä antaa ympäristössä olevan vaihtomagneettikentän kelojen akselin suuntaiseen gradienttiin verrannollisen jännitteen. Jos gradientti on nolla, eli kenttä on homogeeninen, myös summa-jännitteeksi tulee nolla, koska kumpaankin kelaan indusoituu yhtä suuri jännite. Tässä esimerkissä toisiokäämissä on neljä kelaparia, siis kahdeksan sarjaan kytkettyä kelaa. Ne sijaitsevat vierekkäin ja omaavat saman uiko- ja sisähalkaisijan. Kunkin parin kelat ovat symmetrisesti koko toisiokäämin 830 keskikohdan suhteen symmetrian sisältäessä myös sen, että ne on käämitty vastakkaisiin suuntiin. Ensimmäinen L81 ja toinen L82 kela muodostavat tällaisen parin, kolmas L83 ja neljäs L84 kela muodostavat toisen parin, viides L85 ja kuudes L86 kela muodostavat kolmannen parin ja seitsemäs L87 ja kahdeksas L88 kela muodostavat neljännen parin. Toisiokäämin 830 keskikohdasta yhteen suuntaan on järjestyksessä ensimmäinen, kolmas, viides ja seitsemäs kela, ja keskikohdasta toiseen suuntaan on järjestyksessä toinen, neljäs, kuudes ja kahdeksas kela. Ensimmäinen kela L81 on kytketty toiseen kelaan L82, toinen kela kolmanteen kelaan L83, kolmas kela neljänteen kelaan L84 jne. Kunkin parin kelat on siis kytketty peräkkäin, vastinnavat yhdessä.

Kun herätekäämissä on keskiotto, ja sen puolikkaiden virrat ovat vastakkaisvaiheisiä, herätekäämin ja toisiokäämin välisen kapasitanssin toisiokäämiin aiheuttamat jännitteet menevät periaatteessa vastakkain kussakin kelaparissa. (Tämä ei edellytä vastinnapojen yhdessä oloa.) Kuvien 8a, 8b mukaisella käämiratkaisulla saadaan siten pienennetyksi kyseinen häiriöjännite pieneen osaan kelojen jännitteiden itseisarvojen summaan verrattuna. Lisäksi saadaan pienennetyksi vasteen RE jännitetasoa, joka muutoin olisi vahingollisen suuri kohinan vähentämiseksi suureksi tehdyn toisiokäämin kierrosmäärän vuoksi. Vasteen jännitetason pieneneminen perustuu kunkin kelaparin keloihin indusoituneiden jännitteiden vastakkaisuuteen. Toisiokäämiin indusoitunut kokonaisjännite saadaankin pienenemään esimerkiksi tuhannesosaan. Hyötysignaali eli ferromagneettisista hiukkasista johtuva osuus toisiokäämin kokonaisjännitteessä on hyvin pieni. Jotta hyötysignaali ei samalla pienenisi, on virtauskanava FCH tehty epäsymmetriseksi siten, että sen poikkipinta-ala muuttuu käämien keskikohdalla. Kuvan 7 esimerkissä poikkipinta-ala pienenee väliaineen virtaussuuntaan katsottuna mittauskomponentin MCO pituuteen nähden suhteellisen lyhyellä matkalla noin neljäsosaan. Tämän epäsymmetrian vuoksi ferromagneettisia hiukkasia on käämien puolikkaiden kohdalla eri suuri määrä. Tuloksena on, että ferromagneettisista hiukkasista johtuva osuus vasteessa pienenee vain noin 20% edellä selostetun käämi rakenteen vuoksi.

Vaikka vasteen kokonaisjännite pienenee, kuten mainittua, noin tuhannesosaan, hyötysignaalin osuus siinä on edelleen pieni. Osuuden numeroarvo riippuu tietenkin ferromagneettisen materiaalin määrästä.

Kuvassa 9 on toinen esimerkki keksinnön mukaiseen järjestelyyn kuuluvasta toi-siokäämistä. Myös se on erikoistapaus gradiometrisesta kelarakenteesta. Toi-siokäämissä 930 on kahdeksan sarjaan kytkettyä kelaa, joissa on neljä kelaparia. Ensimmäinen L91 ja toinen L92 kela muodostavat ensimmäisen parin, kolmas L93 ja neljäs L94 kela muodostavat toisen parin, viides L95 ja kuudes L96 kela muodostavat kolmannen parin ja seitsemäs L97 ja kahdeksas L98 kela muodostavat neljännen parin. Kunkin kelaparin kelat omaavat saman uiko- ja sisähalkaisijan ja ne ovat vierekkäin. Parit taas ovat sisäkkäin niin, että muodostuu kerrosrakenne. Neljäs pari on sisimpänä, kolmas pari sen päällä, toinen pari kolmannen päällä ja ensimmäinen pari uloimpana toisen päällä. Toisiokäämin yhdessä puolikkaassa ovat päällekkäin seitsemäs L97, viides L95, kolmas L93 ja ensimmäinen L91 kela, ja toisessa puolikkaassa ovat päällekkäin kahdeksas L98, kuudes L96, neljäs L94 ja toinen L92 kela. Ensimmäinen kela on kytketty toiseen kelaan toisiokäämin keskellä, toinen kela kolmanteen kelaan toisiokäämin yhdessä päässä, kolmas kela neljänteen kelaan toisiokäämin keskellä, neljäs kela viidenteen kelaan toisiokäämin toisessa päässä jne. Tästä seuraa, että herätekäämin ja toisiokäämin välisen kapasitanssin toisiokäämiin aiheuttamat jännitteet menevät vastakkain ensimmäisessä ja kahdeksannessa kelassa, toisessa ja kolmannessa kelassa, neljännessä ja viidennessä kelassa sekä kuudennessa ja seitsemännessä kelassa. Kyseinen häiriöjännite saadaan siten pieneen osaan kelojen jännitteiden summaan verrattuna.

Kunkin parin kelat ovat symmetrisesti koko toisiokäämin 930 keskitasosta vastakkaisiin suuntiin symmetrian sisältäessä myös sen, että ne on käämitty vastakkaisiin suuntiin. Tämän vuoksi väliaineeseen kohdistettua magneettikenttää vastaava vasteen osa kompensoituu kussakin kelaparissa. Sen sijaan hyötysignaali, eli ko. magneettikentän ferromagneettisissa hiukkasissa synnyttämää lisäkenttää vastaava vasteen osa, kompensoituu vain pieneksi osaksi virtauskanavan epäsymmetri-syyden vuoksi: kunkin kelaparin toisen kelan kohdalla on huomattavasti vähemmän ferromagneettisia hiukkasia kuin toisen kohdalla. Lisäksi toisiokäämin eri kerroksissa kelaparien vastinnavat järjestetään niin, että peräkkäisten kelaparien jännitteet eivät mene vastakkain vaan summautuvat.

Kuvassa 10 on lohkokaaviona toinen esimerkki keksinnön mukaisesta järjestelystä. Siinä on mittauskomponentti MCO sekä tämän syöttölaitteet ja vasteen käsitte lylaitteet. Mittauskomponentin sähköiseen osaan kuuluu magnetointikäämi A21, herätekäämi A22 ja toisiokäämi A30 kuten kuvassa 5. Syöttölaitteisiin kuuluu kaksi signaalilähdettä ja analogiakertoja. Ensimmäinen lähde G1 eli pientaajuuslähde kehittää syötteen FD, joka on tässä esimerkissä näennäissatunnainen bipolaarinen pulssisignaali. Lähteessä G1 on esimerkiksi 'exclusive or' -porteilla takaisinkytketty siirtorekisteri, jonka kellotaajuus on esimerkiksi 10 Hz. Lähde G1 on kytketty mag-netointikäämiin A21, jossa syntyvä magneettivuo kulkee väliaineen LO ja toi-siokäämin A30 rajaaman tilan läpi. Syöte magnetoi kummassakin tilassaan väliaineessa olevat ferromagneettiset hiukkaset magnetointikuvaajan epälineaariselle alueelle. Toinen lähde G2 eli suurtaajuuslähde kehittää 'kantoaallon' CR. Kantoaalto ja syöte viedään kertojalle A10, jonka lähtösignaali on heräte EX. Tämä viedään herätekäämiin A22, jossa syntyvä magneettikenttä summautuu magnetointi-käämin magneettikenttään.

Syötteellä on kertojan yhteydessä sellainen vaimennuskerroin k, että herätteen tasoksi tulee esimerkiksi 40 prosenttia syötteen tasosta. Tällöin, kuten kuvan 5 esimerkissä, herätettä vastaava magneettivuon tiheys väliaineessa vaihtelee hyvin epälineaarisesti. Tässä tapauksessa epälineaarinen toiminta on jatkuvaa, koska syöte pitää, lyhyitä siirtymäaikoja lukuunottamatta, magnetointikuvaajan toimintapisteen koko ajan epälineaarisella alueella, vuoroin kuvassa 1 näkyvän koordinaatiston B-akselin positiivisella ja negatiivisella osalla.

Magneettikenttää tunnusteleva toisiokäämi A30 antaa vasteen RE. Toisiokäämi on kytketty ylipäästösuotimeen A35, jonka rajataajuus on syötteen spektrin merkittävän osan yläpuolella. Ylipäästösuotimen lähtö on kytketty toiselle kertojalle A40, jonka toiseen tuloon on kytketty syöte FD viiveyksikön A25 kautta. Syöte viivästetään niin, että sen tilanmuutokset osuvat ajallisesti tarkasti yhteen ylipäästösuotimen lähtösignaalin R2 vaihehyppyjen kanssa. Toinen kertoja A40 poistaa vasteesta satunnaisin välein esiintyvät äkkimuutokset, mistä syystä sen lähtösignaalissa eli kertosignaalissa RA3 on hyötysignaalin spektri huomattavasti kapeampi kuin kertojan tulosignaalissa R2. Samalla signaalissa R2 mahdollisesti esiintyvien kapeakaistaisten häiriöiden spektri levenee, koska ne eivät tietenkään ole synkronissa syötteeseen. Tästä seuraa, että hyötysignaalin kapealle kaistalle jää vain pieni osa häiriön energiasta. Toisen kertojan tehtävä on siis sama kuin kertojan 540 kuvassa 5.

Kertojan A40 lähtö on kytketty kaistanpäästösuotimeen A45, joka antaa hyötysignaalin RA4. Kaistanpäästösuotimen päästökaistan keskitaajuus on 2f2. Jatkokäsittelyyn valitaan siis taajuuden 2f2 ympärillä oleva osa herätteen spektristä, koska tämä osa syntyy vain jos väliaineessa on magneettisesti epälineaarista materiaalia. Lisäksi vältetään kantoaallon taajuudella esiintyvä hajakapasitanssista johtuva häiriö. Kaistanpäästösuotimen lähtö on kytketty kolmannelle kertojalle A50. Tämä toimii ilmaisimena 'modulaatiolle', jonka epälineaarinen väliaine on aiheuttanut signaalille. 'Apukantoaalto' kolmannelle kertojalle A50 kehitetään kantoaallosta CR taajuuskertojan A15 ja vaiheensiirtimen A16 avulla. Taajuuskertoja, johon sisältyy myös keskitaajuuden 2f2 omaava kaistanpäästösuodin, antaa tämäntaajuisen si-niaallon, jonka vaihe viritetään vaiheensiirtimellä A16 samaksi kuin hyötysignaalis-sa RA4 olevan 2f2-taajuisen komponentin vaihe. Kolmas kertoja A50 siirtää taajuuden 2f2 alueella olevan spektrin kantataajuusalueelle. Kertojan lähtö on kytketty tasonmittauspiirille A60, joka antaa kolmannen kertojan A50 lähtösignaalin R5 tasoon verrannollisen DC-signaalin. Tämä on koko mittausjärjestelyn lähtösignaali OUT.

Kuvassa 11 on periaate-esitys mittauskomponentin tulosignaaleista FD ja EX ja lähtösignaalista RE aikatasossa kuvan 10 mukaisessa järjestelyssä. Syötteestä näkyy kuvassa 11 yksi tilanmuutos; sen virran muuttuminen arvosta +A arvoon -A. Tällaisia muutoksia esiintyy syötteessä satunnaisin välein. Käytännössä syötteen tilanmuutos vaatii jonkin verran aikaa, koska induktanssin virta ei voi muuttua äkillisesti. Heräte EX on kantoaallon CR muotoinen ennen ja jälkeen syötteen tilan-muutosta. Kullakin muutoshetkellä kantoaallon vaihe vaihtuu vastakkaiseksi etumerkin vaihtumisen vuoksi. Vaste RE on piirretty ilman häiriöitä ja kohinaa. Ennen syötteen tilanmuutosta toimintapiste HB-koordinaatistossa on ferromagneettisten hiukkasten magnetointikuvaajan ylemmällä epälineaarisella alueella, jolloin sinimuotoisen herätteen positiiviset puolijaksot litistyvät. Syötteen tilanmuutoksen jälkeen toimintapiste on ferromagneettisten hiukkasten magnetointikuvaajan alemmalla epälineaarisella alueella, jolloin herätteen negatiiviset puolijaksot litistyvät.

Edellä on kuvattu keksinnön mukaista järjestelmää. Järjestelmän toteutustapa sekä menetelmän että järjestelyn osalta voi yksityiskohdissaan luonnollisesti poiketa esitetyistä. Esimerkiksi ferromagneettisia hiukkasia epälineaariselle alueelle mag-netoiva syöte voi olla myös kolmioaaltoa, jonka perustaajuus on f1. Tällöin vasteen spektrissä esiintyvät taajuuden 2f1 harmoniset herätteen keskitaajuuden f2 suhteen ja niitä vastaavat spektrin osat jäävät pienemmiksi kuin sinimuotoista syötettä käytettäessä. Tämä merkitsee, että verrattuna kuvan 5 tapaukseen hyötysignaalin osuus vasteen energiasta saadaan suuremmaksi, jolloin signaalikohinasuhde ja mittauksen tarkkuus paranevat. Lisäksi kolmioaaltogeneraattorin sisäiset häviöt ovat pienemmät kuin siniaaltogeneraattorin, millä voi olla merkitystä, kun mittaus järjestelmä on asennettu ajoneuvoon. Käämien rakenne ja sijoitus samoinkuin väliaineen virtauskanavan muoto voivat vaihdella. Ferromagneettisia hiukkasia mag-netoivissa signaaleissa satunnaisuus voi olla vain syötteessä herätteen ollessa sinimuotoinen. Keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa eri tavoin itsenäisten patenttivaatimusten 1 ja 13 asettamissa rajoissa.

Claims (20)

1. Järjestely väliaineessa (LO) esiintyvien ferromagneettisten hiukkasten pitoisuuden määrittämiseksi, joka järjestely käsittää - väliaineen virtauskanavan (FCH) - pientaajuuslähteen (G1) ferromagneettisten hiukkasten perusmagnetointiin tarkoitetun syötteen (FD) kehittämiseksi - suurtaajuuslähteen (G2) ferromagneettisten hiukkasten lisämagnetointiin tarkoitetun herätteen (EX) kehittämiseksi - pientaajuuslähteeseen kytketyn magnetointikäämin (521; A21) mainitun virtaus-kanavan ympärillä magneettikentän synnyttämiseksi väliaineeseen - herätteellä ohjattavan herätekäämin (522; A22) mainitun virtauskanavan ympärillä lisämagneettikentän synnyttämiseksi väliaineeseen - magneettikentän tuntoelimenä toimivan toisiokäämin (530; A30) väliaineen magneettivuon tiheyden muutoksen mittaamiseksi eli vasteen (RE) muodostamiseksi - välineet väliaineen magneettisesta epälineaarisuudesta johtuvan osan erottamiseksi vasteesta, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi välineet (G3, 510; G1, A10) satunnaisluon-toisen herätteen muodostamiseksi, jonka herätteen spektri on ainakin lähes jatkuva, ja mainittuihin välineisiin väliaineen magneettisesta epälineaarisuudesta johtuvan osan erottamiseksi vasteesta kuuluvat toisiokäämin (530; A30) jälkeen järjestyksessä - ylipäästösuodin (535; A35) pientaajuisten osien poistamiseksi vasteesta - kertoja (540; A40), jonka toiseen tuloon on kytketty heräte-/magnetointikäämiä syöttävä piiri viiveyksikön (515; A25) kautta, ja kaistanpäästösuodin (545; A45) hyötysignaalin muodostamiseksi ja - ilmaisin (550; A50), jonka kantoaaltotuloon on kytketty pientaajuus- /suurtaajuuslähde taajuuskertojan (525; A15) ja vaiheensiirtimen (526; A16) kautta, lähtösignaalin (OUT) muodostamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että pientaajuus-lähde (G1) on siniaaltogeneraattori tai kolmioaaltogeneraattori ja mainitut välineet herätteen kehittämiseksi käsittävät kolmannen lähteen (G3), jonka antama signaali on satunnaissignaali (RS), ja modulaattorin (510), kolmannen lähteen ollessa kytketty modulaattorin modulointituloon ja mainitun suurtaajuuslähteen (G2) ollessa kytketty modulaattorin kantoaaltotuloon, jolloin modulaattorin lähtösignaali on heräte (EX).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu modulaattori (510) on taajuusmodulaattori.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainitun kertojan (540) toiseen tuloon viiveyksikön (515) kautta kytketty piiri on herätekäämiä syöttävä piiri eli modulaattorin (510) lähtöaste.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainitun ilmaisimen (550) kantoaaltotuloon taajuuskertojan (525) ja vaiheensiirtimen (526) kautta kytketty lähde on pientaajuuslähde (G1) ja ilmaisimen (550) lähtö on kytketty alipäästösuotimelle (555) tasajännitemuotoisen lähtösignaalin (OUT) muodostamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että pientaajuuslähde (G1) on binääristä satunnaissignaalia kehittävä generaattori ja mainitut välineet herätteen kehittämiseksi käsittävät lisäksi kertojan (A10), jonka yhteen tuloon on kytketty mainittu suurtaajuuslähde (G2) ja toiseen tuloon pientaajuuslähde suurtaajuuslähteen antaman siniaallon invertoimiseksi satunnaisesti, jolloin kertojan lähtösignaali on heräte (EX).

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainitun kertojan (A40) toiseen tuloon viiveyksikön (A25) kautta kytketty piiri on magnetointi-käämiä syöttävä piiri eli pientaajuuslähde (G1).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainitun ilmaisimen (A50) kantoaaltotuloon taajuuskertojan (A15) ja vaiheensiirtimen (A16) kautta kytketty lähde on suurtaajuuslähde (G2) ja ilmaisimen (A50) lähtö on kytketty tasonmittauspiiriin (A60) tasajännitemuotoisen lähtösignaalin (OUT) muodostamiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että magnetointi-käämi (521), herätekäämi (522) ja toisiokäämi (530) ovat sisäkkäisiä lieriökääme-jä, jotka kaikki kiertävät virtauskanavan (FCH) muodostavan putken (570) ympäri.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että väliaineen virtauskanava (FCH) on epäsymmetrinen siten, että sen poikkipinta-ala muuttuu käämien keskikohdalla ferromagneettisten hiukkasten määrän tekemiseksi mittaustilanteessa eri suureksi käämien puolikkaiden kohdalla.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että parasiittisen jännitteen eliminoimiseksi ja vasteen kokonaisjännitteen pienentämiseksi heräte-käämissä on keskiotto ja toisiokäämissä (830) on mekaanisesti rinnakkain ja sähköisesti sarjassa keloja, jotka muodostavat kelapareja (L81-L82, L83-L84, L85-L86, L87-L88) siten, että kunkin parin kaksi kelaa on yhtä kaukana toisiokäämin keskikohdasta ja niiden vastinnavat on kytketty yhteen.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että parasiittisen jännitteen eliminoimiseksi ja vasteen kokonaisjännitteen pienentämiseksi toisiokäämissä (930) on kelapareja (L91-L92, L93-L94, L95-L96, L97-L98), joissa kussakin kelat ovat mekaanisesti rinnakkain vastinnavat yhteen kytkettynä, ja ke-laparit ovat päällekkäin ja sähköisesti sarjassa siten, että kelaparien jännitteet summautuvat.

13. Menetelmä väliaineessa esiintyvien ferromagneettisten hiukkasten pitoisuuden määrittämiseksi, jossa menetelmässä - kehitetään pientaajuinen signaali eli syöte (FD), jolla synnytetään väliaineeseen magneettikenttä väliaineessa (LO) olevien ferromagneettisten hiukkasten magne-toimiseksi magnetointikuvaajan epälineaariselle alueelle saakka - kehitetään syötteeseen verrattuna suurtaajuinen signaali eli heräte (EX), jolla synnytetään väliaineeseen lisämagneettikenttä - mitataan väliaineen magneettivuon tiheyden muutosta - erotetaan mittauksen tuottamasta signaalista eli vasteesta (RE) väliaineen magneettisesta epälineaarisuudesta johtuva osa, tunnettu siitä, että muodostetaan satunnaisluontoinen heräte (EX), jonka spektri on ainakin lähes jatkuva, ja väliaineen magneettisesta epälineaarisuudesta johtuvan osan erottamiseksi vasteesta - poistetaan vasteesta (RE) pientaajuiset osat suodattamalla - kerrotaan suodatettu vaste (R2) magneettikenttää synnyttävällä signaalilla, jossa on sama satunnaisvaihtelu kuin vasteessa, ja - ilmaistaan edellä saadusta signaalista eli kertosignaalista (R53; RA3) mainitusta epälineaarisuudesta johtuva osa lähtösignaalin (OUT) muodostamiseksi.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu syöte (FD) kehitetään sini- tai kolmiomuotoiseksi ja heräte (EX) muodostetaan moduloimalla suurtaajuuslähteen kehittämää kantoaaltoa (CR) satunnaissignaalilla (RS).

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moduloidaan mainitun kantoaallon (CR) taajuutta käyttäen modulaatioindeksiä, joka tuottaa mainitun satunnaissignaalin (RS) spektriin verrattuna olennaisesti leveämmän herätteen (EX) spektrin.

16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu magneettikenttää synnyttävä signaali, jolla suodatettu vaste kerrotaan, on viivästetty heräte, ja muodostetaan hyötysignaali (R54) poistamalla mainitusta kertosig-naalista (R53) suodattamalla muut kuin tietyllä alueella taajuuden 2f1 ympärillä olevat taajuuskomponentit, jossa f1 on syötteen perustaajuus.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan lähtösignaali (OUT) hyötysignaalista (R54) ilmaisemalla käyttäen apukanto-aaltona 2f1-taajuista siniaaltoa vaiheistettuna niin, että sen vaihe tulee samaksi kuin hyötysignaalissa (R54) olevan 2f1-taajuisen komponentin vaihe, ja suodattamalla näin saatu ilmaisutulos niin, että jäljelle jää tasajännitemuotoinen lähtösignaali (OUT).

18. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu syöte (FD) kehitetään binääriseksi satunnaissignaaliksi ja heräte (EX) muodostetaan invertoimalla suurtaajuuslähteen kehittämää kantoaaltoa (CR) aina kun syötteen tila vaihtuu.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu magneettikenttää synnyttävä signaali, jolla suodatettu vaste kerrotaan, on viivästetty syöte, ja muodostetaan hyötysignaali (RA4) poistamalla mainitusta kertosig-naalista (RA3) suodattamalla muut kuin tietyllä alueella taajuuden 2f2 ympärillä olevat taajuuskomponentit, jossa f2 on kantoaallon (CR) taajuus.

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan lähtösignaali (OUT) hyötysignaalista (RA4) kertomalla se 2f2-taajuisella sini-aallolla vaiheistettuna niin, että sen vaihe tulee samaksi kuin hyötysignaalissa olevan 2f2-taajuisen komponentin vaihe, ja mittaamalla kertomalla saadun signaalin taso.