NL2018878B1 - Verbeterde meetinrichting voor het meten van verandering van fysische eigenschappen in een materiaal - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een meetinrichting voor het meten van verandering van fysische eigenschappen in een materiaal, omvattende 5 - een meetcircuit voorzien van een ingaande en uitgaande elektrische aansluiting, waarin het meetcircuit ten minste één complexe impedantie omvat, die plaatsbaar is nabij het materiaal en waarvan de frequentie afhankelijke weerstand ervan afhankelijk is van de fysische eigenschappen van het materiaal, - een elektrisch alternerende signaalgenerator voor het toepassen van een eerste elektrisch 10 altererend signaal met een specifieke basisfrequentie en een specifieke signaalvorm tussen de ingaande en uitgaande aansluiting van het meetcircuit, - een eerste signaalvenNerkingsmiddel voor het afleiden van een tweede elektrisch altererend signaal van het eerste signaal, waarin het tweede signaal een gelijke basisfrequentie en signaalvorm heeft als het eerste signaal en 90° in fase is verschoven ten 15 opzichte van het eerste signaal, - eerste quadratuurbepalingsmiddelen voor het berekenen van de in-fase component l1c en quadratuur component 010 van een uitgangsspanning Uc over de uitgaande aansluiting van het meetcircuit, waarin het eerste signaal en tweede signaal als referentiesignalen fungeren, waarin de meetinrichting is voorzien van 20 - tweede quadratuurbepalingsmiddelen voor het berekenen van de in-fase component |1L en quadratuur component Q1L van een ingangsspanning UL over de ingaande aansluiting van het meetcircuit, waarin heteerste signaal en tweede signaal als referentiesignalen fungeren, - een berekeningscircuit dat is ingericht voor het berekenen van een ratio tussen de in-fase componenten (I1L, l1c) en quadratuur componenten (Q1L, Q1c ) van de uitgangsspanning 25 (UL) en ingangsspanning (Uc).

Description

VERBETERDE MEETINRICHTING VOOR HET METEN VAN VERANDERING VAN FYSISCHE EIGENSCHAPPEN IN EEN MATERIAAL

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een meetinrichting voor het meten van verandering van fysische eigenschappen in een materiaal, omvattende - een meetcircuit voorzien van een ingaande en uitgaande elektrische aansluiting, waarin het meetcircuit ten minste één complexe impedantie omvat, die plaatsbaar is nabij het materiaal en waarvan de frequentie afhankelijke weerstand ervan afhankelijk is van de fysische eigenschappen van het materiaal, - een elektrisch alternerende signaalgenerator voor het toepassen van een eerste elektrisch altererend signaal met een specifieke basisfrequentie en een specifieke signaalvorm tussen de ingaande en uitgaande aansluiting van het meetcircuit, - een eerste signaalverwerkingsmiddel voor het afleiden van een tweede elektrisch altererend signaal van het eerste signaal, waarin het tweede signaal een gelijke basisfrequentie en signaalvorm heeft als het eerste signaal en 90° in fase is verschoven ten opzichte van het eerste signaal, - eerste quadratuurbepalingsmiddelen voor het berekenen van de in-fase component 11c en quadratuur component Q1c van een uitgangsspanning Uc over de uitgaande aansluiting van het meetcircuit, waarin het eerste signaal en tweede signaal als referentiesignalen fungeren, waarin de meetinrichting is voorzien van - tweede quadratuurbepalingsmiddelen voor het berekenen van de in-fase component 11 l en quadratuur component Q1l van een ingangsspanning Ul over de ingaande aansluiting van het meetcircuit, waarin het eerste signaal en tweede signaal als referentiesignalen fungeren, - een berekeningscircuit dat is ingericht voor het berekenen van een ratio tussen de in-fase componenten (11L, 11c) en quadratuur componenten (Q1L, Q1c ) van de uitgangsspanning (Ul) en ingangsspanning (Uc).

Een meetinrichting volgens de aanhef is bekend op het vakgebied. De bekende meetinrichting is beschreven in het Nederlands octrooi NL2015028 .

De bekende meetinrichting wordt onder andere toegepast voor het analyseren van de eigenschappen van kunstharsen, zoals bijvoorbeeld ter bepaling van de doorharding van een blad van een windturbine.

De bekende meetinrichting heeft als nadeel dat de meetinrichting niet geschikt is voor het meten van (kleine) veranderingen in een materiaal dat elektrisch geleidend is.

Een voorbeeld van een toepassing waarin de bekende meetinrichting niet geschikt is, is het meten van veranderingen van een resin infusion proces, waarin carbon aanwezig in het resin, zoals toegepast bij de fabricage van een wiek van een windmolen.

Het is het doel van de uitvinding om te voorzien in een meetinrichting die wel geschikt is voor het meten van (kleine) veranderingen in een materiaal met elektrisch geleidende stoffen.

Daartoe voorziet de uitvinding in een inrichting volgens de aanhef, met het kenmerk, dat de eerste complexe impedantie een meetspoel omvat, waarvan de zelfinductie van de ten minste ene meetspoel beïnvloedbaar is door de aanwezigheid van elektrisch geleidend materiaal in het materiaal. Door het elektrisch alternerend signaal over de meetspoel wordt een veranderd magnetisch veld door de meetspoel gegenereerd. Door de zelfinductie van de meetspoel wordt hierdoor een wervelstroom opgewekt in de meetspoel. De impedantie van de spoel zal bij een hogere frequentie van het elektrisch alternerend signaal door de wervelstromen minder hoog worden en bepalen de wervelstromen bij hoge frequentie uiteindelijk het impedantiegedrag van de spoel.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat het meetcircuit een verdere complexe impedantie, uitgevoerd als condensator, die in serie is geschakeld met de eerste complexe impedantie en samen een resonantiekring vormt. Door middel van de condensator kan het meetfrequentiebereik op een eenvoudige wijze afgestemd worden op het materiaal.

In een eerste variant van de meetspoel is de meetspoel aangebracht op een anker van ferriet, bij voorbeeld Ferroxcube® core, voor het bundelen van het magnetisch veld, welk anker in doorsnede een vork is en de spoel is aangebracht om een middelste tand van de vork, waarin de uiteinden van de tanden van de vork in één vlak liggen en het meetvlak vormen. De spoel heeft een smalle, naar het meetvlak gerichte bundel en is in staat verschillen te zien in dikke carbon platen.

In een tweede variant van de meetspoel is de meetspoel aangebracht op een vlakke zijde van een schijfvormig anker van ferriet, bij voorbeeld Ferroxcube® plate, voor het bundelen van het magnetisch veld, waarin de langsrichting van de meetspoel dwars op het anker staat. Het uiteinde van de meetspoel die niet grenst aan het anker vormt daarbij het meetvlak. Het schijfvormig anker zorgt ervoor dat het magnetisch veld in de richting van het meetvlak wordt gericht.

In een derde en simpele variant van de meetspoel is de meetspoel ankerloos. Eén van de uiteinden van de meetspoel vormt het meetvlak.

In een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat het meetcircuit een verdere complexe impedantie, die is uitgevoerd als zendspoel, waarin het materiaal plaatsbaar is tussen de zendspoel en de meetspoel, de ingangsspanning Ul in hoofdzaak over zendspoel staat en een magnetisch veld veroorzaakt rond de zendspoel en de uitgangsspanning Uc over de meetspoel in hoofdzaak het gevolg is van het magnetisch veld van de zendspoel.

Bij voorkeur zijn de zendspoel en meetspoel elk uitgevoerd als een magnetische lus.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarin:

Figuur 1 een schematisch overzicht toont van de voorkeursuitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding;

Figuur 2 een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding toont, waarin tevens een condensator in serie is opgenomen in het meetcircuit;

Figuur 3 een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding toont, waarin het meetcircuit een zendspoel en als verdere complexe impedantie de meetspoel omvat;

Figuur 4 een doorsnede van een eerste variant van de inductieve meetspoel toont voor toepassing in de meetinrichting volgens de uitvinding;

Figuur 5 een doorsnede van een tweede variant van de inductieve meetspoel toont voor toepassing in de meetinrichting volgens de uitvinding;

Figuur 6 een doorsnede van een derde variant van de inductieve meetspoel toont voor toepassing in de meetinrichting volgens de uitvinding.

Gelijke cijfers in de verschillende figuren duiden gelijke onderdelen aan.

Figuur 1 toont een schematisch overzicht van de voorkeursuitvoeringsvorm van de meetinrichting 1 volgens de uitvinding. De meetinrichting 1 is bestemd voor het meten van verandering van de elektrisch geleidende eigenschappen in een materiaal. Daartoe omvat de meetinrichting 1 een inductief meetcircuit voorzien van een ingaande en uitgaande elektrische aansluiting. Het inductief meetcircuit is gevormd door meetspoel 5, waarvan de zelfinductie van meetspoel 5 mede beïnvloedbaar is door de elektrisch geleidende eigenschappen van de materiaal, waartegen de meetspoel 5 is geplaatst. De meetinrichting 1 omvat verder een elektrisch alternerende signaalgenerator 2 voor het toepassen van een eerste elektrisch altererend signaal UG1 met een specifieke basisfrequentie en een specifieke signaalvorm tussen de ingaande en uitgaande aansluiting van het meetcircuit. Het signaal UG1 is bij voorkeur een sinusgolf met een frequentie van 100 kHz- 200 MHz.

Het signaal UG1 van de signaalgenerator 2 wordt via een complexe impedantie verder als signaal UL naar de ingaande aansluiting van het meetcircuit geleidt. Op de uitgaande aansluiting van het meetcircuit kan het gemeten signaal UC worden bepaald.

De meetinrichting 1 omvat verder een eerste signaalverwerkingsmiddel 7, dat een ingaand signaal 90° in fase verschuift. Met behulp van eerste signaalverwerkingsmiddel 7 wordt een tweede elektrisch altererend signaal UG2 van het eerste signaal UG1 afgeleid, waarin het tweede signaal een gelijke basisfrequentie en signaalvorm als het eerste signaal UG2 en 90° in fase is verschoven ten opzichte van het eerste signaal UG1.

De meetinrichting 1 omvat verder eerste quadratuurbepalingsmiddelen 8 voor het berekenen van de in-fase component 11c en quadratuur component Q1c van een uitgangsspanning Uc over de uitgaande aansluiting van het meetcircuit, waarin het eerste signaal UG1 en tweede signaal UG2 als referentiesignalen fungeren.

Daarnaast omvat de meetinrichting 1 tweede quadratuurbepalingsmiddelen 9 voor het berekenen van de in-fase component I1L en quadratuur component Q1L van een ingangsspanning Ul over de ingaande aansluiting van het meetcircuit, waarin het eerste signaal UG1 en tweede signaal UG2 als referentiesignalen fungeren.

De meetinrichting 1 omvat een Analoog naar Digitaal omzetter 11 voor het omzetten van de analoge componenten (Hl, 11c, Q1l, Q1c ) naar een digitale variant.

De digitale componenten (Hl, 11c, Q1l, Q1c ) zijn geleid naar een berekeningscircuit 11, dat is ingericht voor het berekenen van een ratio R tussen de in-fase componenten (11L, 11c) en quadratuur componenten (Q1l, Q1c ) van de uitgangsspanning (Ul) en ingangsspanning (Uc), volgens de formule:

Jiff+ Q1? RATIO =

De berekende ratio is vervolgens geleid naar visuele middelen 12 voor het tonen van de berekende ratio R aan een gebruiker van het meetsysteem 1.

Het berekeningscircuit kan tevens zijn ingericht voor het berekenen van een differentiaal quotiënt R’ van de ratio R of een integraal ƒ R van de ratio over een vastgesteld tijdsinterval.

De visuele middelen 12 omvatten bij voorkeur opslagmiddelen voor het opslaan van een ratio R, differentiaal van de ratio R’ en/of integraal ƒ R van de ratio afhankelijk van de tijd tijdens een meting en vergelijkingsmiddelen voor het vergelijken van een ratio met een opgeslagen ratio.

Figuur 2 toont een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding, waarin tevens een condensator 6 in serie is opgenomen in het meetcircuit, waardoor een LC circuit wordt gevormd. Met behulp van de condensator 6 kan het meetfrequentiebereik op een eenvoudige wijze afgestemd worden op het materiaal.

Figuur 3 toont een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding, waarin het meetcircuit een zendspoel 13 en als verdere complexe impedantie de meetspoel 14 omvat. Het materiaal is plaatsbaar tussen de zendspoel 13 en de meetspoel 14, waarbij de ingangsspanning Ul in hoofdzaak over zendspoel 13 staat en een magnetisch veld veroorzaakt rond de zendspoel 13. De uitgangsspanning Uc over de meetspoel 14 is in hoofdzaak het gevolg van het magnetisch veld van de zendspoel 13. Het magnetisch veld wordt echter beïnvloed door het elektrisch geleidend materiaal tussen de zendspoel 13 en de meetspoel 14.

Bij voorkeur zijn de zendspoel 13 en meetspoel 14 elk uitgevoerd als een magnetische lus.

Figuur 4 toont een doorsnede van een eerste variant van de inductieve meetspoel 5 voor toepassing in de meetinrichting volgens de uitvinding. De meetspoel 5 omvat een luchtspoel 5-1, die is gemonteerd op een kunststof houder 5-2, bij voorkeur van nylon of telfon.

Figuur 5 toont een doorsnede van een tweede variant van de inductieve meetspoel 50 voor toepassing in de meetinrichting volgens de uitvinding. De meetspoel 50 omvat een spoel 50-1, die uit één of twee lagen wikkelingen bestaat. De spoel 50-1 is tegen een schijfvormige plaat 50-2 bevestigd, bij voorkeur middels verlijming. De schijfvormige plaat 50-2 is van ferriet materiaal vervaardigd, bij voorkeur van ferroxcube ®.

Figuur 6 toont een doorsnede van een derde variant van de inductieve meetspoel 500 voor toepassing in de meetinrichting volgens de uitvinding. De meetspoel 500 omvat een driebenig anker 500-2 van ferriet materiaal, bij voorkeur van Ferroxcube ®. Om het middelste been is een spoel 500-1 aangebracht. De meetspoel 500 heeft een smalle, naar beneden gerichte magnetische bundel.

De uitvinding is vanzelfsprekend niet beperkt tot de beschreven en getoonde voorkeursuitvoeringsvorm, maar strekt zich uit tot elke uitvoeringsvorm die valt binnen de reikwijdte van de beschermingsomvang, zoals gedefinieerd in de conclusies en bezien in het licht van de voorgaande beschrijving en bijbehorende tekeningen.

Claims (3)

1). Meetinrichting voor het meten van verandering van fysische eigenschappen in een materiaal, omvattende - een meetcircuit voorzien van een ingaande en uitgaande elektrische aansluiting, waarin het meetcircuit ten minste één complexe impedantie omvat, die plaatsbaar is nabij het materiaal en waarvan de frequentie afhankelijke weerstand ervan afhankelijk is van de fysische eigenschappen van het materiaal, - een elektrisch alternerende signaalgenerator voor het toepassen van een eerste elektrisch altererend signaal met een specifieke basisfrequentie en een specifieke signaalvorm tussen de ingaande en uitgaande aansluiting van het meetcircuit, - een eerste signaalverwerkingsmiddel voor het afleiden van een tweede elektrisch altererend signaal van het eerste signaal, waarin het tweede signaal een gelijke basisfrequentie en signaalvorm heeft als het eerste signaal en 90° in fase is verschoven ten opzichte van het eerste signaal, - eerste quadratuurbepalingsmiddelen voor het berekenen van de in-fase component 11c en quadratuur component Q1c van een uitgangsspanning Uc over de uitgaande aansluiting van het meetcircuit, waarin het eerste signaal en tweede signaal als referentiesignalen fungeren, waarin de meetinrichting is voorzien van - tweede quadratuurbepalingsmiddelen voor het berekenen van de in-fase component 11 l en quadratuur component Q1l van een ingangsspanning Ul over de ingaande aansluiting van het meetcircuit, waarin het eerste signaal en tweede signaal als referentiesignalen fungeren, - een berekeningscircuit dat is ingericht voor het berekenen van een ratio tussen de in-fase componenten (11L, 11c) en quadratuur componenten (Q1L, Q1c ) van de uitgangsspanning (Ul) en ingangsspanning (Uc), met het kenmerk, dat de eerste complexe impedantie een meetspoel omvat, waarvan de zelfinductie van de ten minste één meetspoel beïnvloedbaar is door de aanwezigheid van elektrisch geleidend materiaal in het materiaal.

2. Meetinrichting volgens conclusie 1, waarin het meetcircuit een verdere complexe impedantie omvat, uitgevoerd als condensator, die in serie is geschakeld met de eerste complexe impedantie en samen een resonantiekring vormt.

3. Meetinrichting volgens conclusie 1, waarin het meetcircuit een verdere complexe impedantie omvat, die is uitgevoerd als zendspoel, waarin het materiaal plaatsbaar is tussen de zendspoel en de meetspoel, de ingangsspanning Ul in hoofdzaak over zendspoel staat en een magnetisch veld veroorzaakt rond de zendspoel en de uitgangsspanning Uc over de meetspoel in hoofdzaak het gevolg is van het magnetisch veld van de zendspoel.