RU2077700C1 - Method for object position detection using foucault currents - Google Patents

Method for object position detection using foucault currents Download PDF

Info

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
Application number
RU93045023A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93045023A (en
Inventor
Эдуард Семенович Костин
Original Assignee
Эдуард Семенович Костин
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 Эдуард Семенович Костин filed Critical Эдуард Семенович Костин
Priority to RU93045023A priority Critical patent/RU2077700C1/en
Publication of RU93045023A publication Critical patent/RU93045023A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2077700C1 publication Critical patent/RU2077700C1/en

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

FIELD: instruments which measure movements and vibration of current conducting objects. SUBSTANCE: method involves supply of Foucault current detector by current of specific shape. Instantaneous values of current follow continuous periodic function which derivative with respect to time for specific function time slot jumps to zero and keeps this value during some time interval. Object movement is judged by average electromotive force which is inducted in detector coil by Foucault current field after jump of derivative when self-induction electromotive force in detector coil is equal to zero. EFFECT: increased precision, increased dynamic range, possibility to apply method for materials with different magnetic characteristics. 2 cl, 2 dwg

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:

Figure 00000002

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:
Figure 00000002

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:

Figure 00000003

Из (4) находим i2:
Figure 00000004

где δ2= r2/L2 величина, обратная постоянной времени контура вихревых токов.For the eddy current circuit in this section:
Figure 00000003

From (4) we find i 2 :
Figure 00000004

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

Figure 00000005

ЭДС, наводимая в катушке датчика на участке (1-2):
Figure 00000006

На участке (2-3) i1 const
Figure 00000007

Решая (8) с учетом начальных условий (6), найдем i2 (2-3)
Figure 00000008

ЭДС, наводимая в катушке датчика полем вихревых токов на участке (2-3).Choosing Δt> 3L 2 / r 2 at time t 2
Figure 00000005

EMF induced in the sensor coil in the area (1-2):
Figure 00000006

In the area (2-3) i 1 const
Figure 00000007

Solving (8) taking into account the initial conditions (6), we find i 2 (2-3)
Figure 00000008

EMF induced in the sensor coil by the eddy current field in the area (2-3).

Figure 00000009

Среднее значение ЭДС в катушке датчика на участке (2-3):
Figure 00000010

Разлагаем
Figure 00000011
в ряд, принимая во внимание первые члены ряда:
Figure 00000012

Подставляя (12) в (11), получим для среднего значения E1cp(2-3):
Figure 00000013

Индуктивность и активное сопротивление контура вихревых токов зависят от расстояния h между источником поля и объектом [1]
Figure 00000014

Figure 00000015

где σ проводимость материала объекта;
d- эквивалентная глубина проникновения тока в объект;
μ- магнитная проницаемость;
В константа.
Figure 00000009

The average value of the EMF in the sensor coil in the area (2-3):
Figure 00000010

We decompose
Figure 00000011
in a row, taking into account the first members of the series:
Figure 00000012

Substituting (12) in (11), we obtain for the average value of E 1cp (2-3) :
Figure 00000013

Inductance and active resistance of the eddy current circuit depend on the distance h between the field source and the object [1]
Figure 00000014

Figure 00000015

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:

Figure 00000016

Подставляя (14) в (13), и учитывая, что коэффициент связи между катушкой и контуром вихревых токов
Figure 00000017

получаем среднее значение E1cp(2-3) за интервал t2-t3:
Figure 00000018

Таким образом, формула (15), по которой определяется положение объекта через измерение E1cp(2-3), содержит линеаризирующий сомножитель
Figure 00000019
,
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
Figure 00000020

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:
Figure 00000016

Substituting (14) into (13), and taking into account that the coupling coefficient between the coil and the eddy current circuit
Figure 00000017

we get the average value of E 1cp (2-3) for the interval t 2 -t 3 :
Figure 00000018

Thus, formula (15), which determines the position of an object through the measurement of E 1cp (2-3) , contains a linearizing factor
Figure 00000019
,
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
Figure 00000020

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)

1 1. Способ вихретокового определения положения объекта, заключающийся в расположении токопроводящего объекта в области переменного магнитного поля катушки датчика и оценке положения токопроводящего объекта относительно датчика по изменениям параметров, связанных с катушкой, которые вызваны воздействием поля вихревых токов в объекте, отличающийся тем, что переменное магнитное поле катушки датчика формируют при подаче питающего тока в виде непрерывной функции времени со скачкообразными изменениями производной от заданной величины до нуля в определенные моменты времени, а положение токопроводящего объекта определяют по среднему значению ЭДС, наводимой в катушке датчика полем вихревых токов объекта, за фиксированный временной интервал после момента скачкообразного изменения производной магнитного потока катушки, когда ЭДС самоиндукции в этой катушке равна нулю при постоянном значении питающего тока катушки.2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что питающий ток формируют в виде последовательности трапецеидальных импульсов.1 1. The method of eddy current determination of the position of the object, which consists in the location of the conductive object in the variable magnetic field of the sensor coil and the assessment of the position of the conductive object relative to the sensor according to changes in the parameters associated with the coil, which are caused by the action of the eddy current field in the object, characterized in that the variable the magnetic field of the sensor coil is formed when a supply current is supplied as a continuous function of time with abrupt changes in the derivative of a given value d zero at certain points in time, and the position of the conductive object is determined by the average value of the EMF induced in the sensor coil by the eddy current field of the object, for a fixed time interval after the instantaneous change in the derivative of the magnetic flux of the coil, when the self-induction EMF in this coil is zero at a constant supply voltage coil current 2 2. The method according to claim 1, characterized in that the supply current is formed in the form of a sequence of trapezoidal pulses.
RU93045023A 1993-09-20 1993-09-20 Method for object position detection using foucault currents RU2077700C1 (en)

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)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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