RU2077700C1 - Method for object position detection using foucault currents - Google Patents
Method for object position detection using foucault currents Download PDFInfo
- Publication number
- RU2077700C1 RU2077700C1 RU93045023A RU93045023A RU2077700C1 RU 2077700 C1 RU2077700 C1 RU 2077700C1 RU 93045023 A RU93045023 A RU 93045023A RU 93045023 A RU93045023 A RU 93045023A RU 2077700 C1 RU2077700 C1 RU 2077700C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- coil
- derivative
- zero
- field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Способ может быть использован в области измерительной техники, в частности для измерения расстояний, перемещений, виброперемещений. The method can be used in the field of measuring equipment, in particular for measuring distances, displacements, vibration displacements.
Известен вихретоковый способ определения положений, в котором катушка датчика, питаемая током высокой частоты, создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле [1] В металлическом объекте, помещенном в это пространство, возникают вихревые токи, которые стремятся компенсировать вызвавшую их причину, создавая индукцию, противоположную по знаку индукции катушки, что приводит к уменьшению ее коэффициента самоиндукции, а за счет потерь в зоне вихревых токов возрастает эквивалентное активное сопротивление катушки. По изменению индуктивности или активного сопротивления катушки датчика определяется положение объекта относительно датчика. There is a known eddy current method for determining the positions in which the sensor coil, fed by a high-frequency current, creates an alternating magnetic field in the surrounding space [1] In a metal object placed in this space, eddy currents arise, which tend to compensate for the cause that caused them, creating an opposite induction by the sign of induction of the coil, which leads to a decrease in its self-induction coefficient, and due to losses in the eddy current zone, the equivalent active resistance of the coil increases. By changing the inductance or resistance of the sensor coil, the position of the object relative to the sensor is determined.
Недостатками известного способа и устройств, его реализующих, являются: значительная нелинейность рабочей характеристики, низкая точность измерения, малый динамический диапазон измерений, отсутствие универсальности применения для материалов с различными магнитными свойствами. The disadvantages of the known method and devices that implement it are: significant non-linearity of the operating characteristic, low measurement accuracy, small dynamic measurement range, lack of universality of application for materials with different magnetic properties.
Целью изобретения является улучшение линейности характеристики, повышение точности и расширение динамического диапазона, а также обеспечение возможности использования независимо от магнитных свойств материала объекта. The aim of the invention is to improve the linearity of the characteristics, increase accuracy and expand the dynamic range, as well as providing the possibility of use regardless of the magnetic properties of the material of the object.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемых способе катушка вихретокового датчика питается током сложной формы, значения которого определены непрерывной функцией, причем производная функции тока по времени в определенный момент времени скачком изменяется от постоянной величины до нуля (например, ток в форме трапецеидального импульса). Положение объекта определяется по среднему значению ЭДС, наводимой в катушке датчика полем вихревых токов, за фиксированный промежуток времени после момента скачкообразного изменения производной магнитного потока катушки датчика, когда ЭДС самоиндукции в этой катушке равна нулю. This goal is achieved by the fact that in the proposed method, the eddy current sensor coil is supplied with a current of complex shape, the values of which are determined by a continuous function, and the derivative of the current function in time at a certain point in time jumps from a constant value to zero (for example, a current in the form of a trapezoidal pulse). The position of the object is determined by the average value of the EMF induced in the sensor coil by the eddy current field for a fixed period of time after the instantaneous change in the derivative of the magnetic flux of the sensor coil when the self-induction EMF in this coil is zero.
Определение положения предлагаемым способом для случая, когда питающий катушку датчика ток имеет форму трапецеидального импульса, производится следующим образом. The position determination by the proposed method for the case when the current supplying the sensor coil has the shape of a trapezoidal pulse is as follows.
На рис. 1 приведена схема замещения системы датчик-объект, в которой металлический объект представлен контуром L2-r2 с сосредоточенными параметрами: L2 индуктивность контура вихревых токов, r2 его активное сопротивление; L1, r1 - индуктивность и активное сопротивление катушки датчика; М коэффициент взаимной индукции.In fig. 1 shows the equivalent circuit of the sensor-object system, in which the metal object is represented by the circuit L 2 -r 2 with lumped parameters: L 2 inductance of the eddy current circuit, r 2 its active resistance; L 1 , r 1 - inductance and resistance of the sensor coil; M is the coefficient of mutual induction.
Схема рис.1 описывается следующими уравнениями:
Временная диаграмма токов и напряжений в схеме рис.1 дана на рис.2. Катушка датчика питается от генератора тока током i1 в форме трапецеидального импульса, причем: t2-t1= t3-t2= t4-t3= Δt..The circuit of Fig. 1 is described by the following equations:
The time diagram of currents and voltages in the circuit of Fig. 1 is given in Fig. 2. The sensor coil is powered by a current generator with current i 1 in the form of a trapezoidal pulse, and: t 2 -t 1 = t 3 -t 2 = t 4 -t 3 = Δt ..
На участке (1-2) от t1 до t2:
i1 A•t (3)
где A const.In the area (1-2) from t 1 to t 2 :
i 1 A • t (3)
where A const.
Для контура вихревых токов на этом участке:
Из (4) находим i2:
где δ2= r2/L2 величина, обратная постоянной времени контура вихревых токов.For the eddy current circuit in this section:
From (4) we find i 2 :
where δ 2 = r 2 / L 2 is the reciprocal of the time constant of the eddy current circuit.
Выбирая Δt>3L2/r2 к моменту t2
ЭДС, наводимая в катушке датчика на участке (1-2):
На участке (2-3) i1 const
Решая (8) с учетом начальных условий (6), найдем i2 (2-3)
ЭДС, наводимая в катушке датчика полем вихревых токов на участке (2-3).Choosing Δt> 3L 2 / r 2 at time t 2
EMF induced in the sensor coil in the area (1-2):
In the area (2-3) i 1 const
Solving (8) taking into account the initial conditions (6), we find i 2 (2-3)
EMF induced in the sensor coil by the eddy current field in the area (2-3).
Среднее значение ЭДС в катушке датчика на участке (2-3):
Разлагаем в ряд, принимая во внимание первые члены ряда:
Подставляя (12) в (11), получим для среднего значения E1cp(2-3):
Индуктивность и активное сопротивление контура вихревых токов зависят от расстояния h между источником поля и объектом [1]
где σ проводимость материала объекта;
d- эквивалентная глубина проникновения тока в объект;
μ- магнитная проницаемость;
В константа.
The average value of the EMF in the sensor coil in the area (2-3):
We decompose in a row, taking into account the first members of the series:
Substituting (12) in (11), we obtain for the average value of E 1cp (2-3) :
Inductance and active resistance of the eddy current circuit depend on the distance h between the field source and the object [1]
where σ is the conductivity of the material of the object;
d is the equivalent depth of current penetration into the object;
μ - magnetic permeability;
In constant.
Поэтому:
Подставляя (14) в (13), и учитывая, что коэффициент связи между катушкой и контуром вихревых токов
получаем среднее значение E1cp(2-3) за интервал t2-t3:
Таким образом, формула (15), по которой определяется положение объекта через измерение E1cp(2-3), содержит линеаризирующий сомножитель
,
возрастающий с увеличением расстояния между датчиком и объектом. Для измерения E1cp(2-3) не требуется применять дифференциальных схем, так как на участке (2-3) из-за постоянства тока i1(2-3) const ЭДС самоиндукции катушки датчика
что повышает точность измерения и расширяет динамический диапазон. Отсутствие на интервале измерения t2-t3 в катушке датчика переменной составляющей питающего тока, подверженной изменению при внесении в магнитное поле катушки материалов с различными магнитными свойствами, упрощает электромагнитное взаимодействие катушки датчика с помещенным в ее поле объектом и делает способ универсальным для работы с объектами из токопроводящих материалов с различными магнитными свойствами.Therefore:
Substituting (14) into (13), and taking into account that the coupling coefficient between the coil and the eddy current circuit
we get the average value of E 1cp (2-3) for the interval t 2 -t 3 :
Thus, formula (15), which determines the position of an object through the measurement of E 1cp (2-3) , contains a linearizing factor
,
increasing with increasing distance between the sensor and the object. To measure E 1cp (2-3), it is not necessary to use differential circuits, since in the area (2-3) due to the constancy of the current i 1 (2-3) const the emf of the self-induction of the sensor coil
which increases the accuracy of measurements and extends the dynamic range. The absence on the measurement interval t 2 -t 3 in the sensor coil of a variable component of the supply current, subject to change when materials with different magnetic properties are introduced into the magnetic field of the coil, simplifies the electromagnetic interaction of the sensor coil with an object placed in its field and makes the method universal for working with objects from conductive materials with various magnetic properties.
Способ является дискретным, поскольку в конце цикла измерения (момент времени t3) получаем значение E1cp(2-3), однозначно связанное с положением объекта, помещенного в магнитное поле катушки датчика.The method is discrete, because at the end of the measurement cycle (time t 3 ) we obtain the value of E 1cp (2-3) , which is uniquely related to the position of the object placed in the magnetic field of the sensor coil.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93045023A RU2077700C1 (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Method for object position detection using foucault currents |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93045023A RU2077700C1 (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Method for object position detection using foucault currents |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93045023A RU93045023A (en) | 1996-04-10 |
RU2077700C1 true RU2077700C1 (en) | 1997-04-20 |
Family
ID=20147513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93045023A RU2077700C1 (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Method for object position detection using foucault currents |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2077700C1 (en) |
-
1993
- 1993-09-20 RU RU93045023A patent/RU2077700C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Ж.Аш. и др. Датчики измерительных систем. - М.: Мир, 1992, т.1, с.408. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4535289A (en) | Device for measuring a position of a moving object | |
JP3246727B2 (en) | Inductive electronic caliper | |
US9250348B2 (en) | Transmit signal of a metal detector controlled by feedback loops | |
AU2001267254A1 (en) | Method for determining the position of a sensor element | |
US6822429B2 (en) | Inductive sensor arrangement comprising three sense coils cooperating with said three field coils to form three field/sense coil pairs and method for detecting of ferrous metal objects | |
JPH0473554B2 (en) | ||
KR880002019A (en) | How to measure heating power | |
RU2077700C1 (en) | Method for object position detection using foucault currents | |
DE338966T1 (en) | MEASURING SENSOR. | |
EP0876580B1 (en) | A method and a device for inductive measurement of measures and positions of objects of electrically conductive material | |
WO2005064268A1 (en) | A method and device for measuring the thickness and the electrical conductivity of an object of measurement | |
KR101402331B1 (en) | Linear displacement sensor and linear displacement detecting system using electromagnetic induction | |
US20140002069A1 (en) | Eddy current probe | |
SU1041941A1 (en) | Method of measuring eddy current in ferromagnetic body | |
RU2163350C2 (en) | Meter of linear displacement | |
EP0274450A2 (en) | A device for measuring the proximity of a metal object | |
EP0376095B1 (en) | Magnetic flux measuring method and apparatus for embodying the same | |
RU2727321C1 (en) | Inductive displacement sensor | |
JPH03243801A (en) | Noncontact type range finder | |
RU2057283C1 (en) | Device for measurement of displacement | |
RU2313109C1 (en) | Mode of detection of metallic objects | |
RU2327103C2 (en) | Method of ferromagnetic items length and speed measurement | |
SU881628A1 (en) | Electrostatic field pickup | |
SU1270116A1 (en) | Method of eddy current check | |
SU864105A1 (en) | Method of measuring electroconductive media parameters |