RU2300737C1 - Inductive optical transformer of electric cable eccentricity meter - Google Patents
Inductive optical transformer of electric cable eccentricity meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2300737C1 RU2300737C1 RU2005135507/28A RU2005135507A RU2300737C1 RU 2300737 C1 RU2300737 C1 RU 2300737C1 RU 2005135507/28 A RU2005135507/28 A RU 2005135507/28A RU 2005135507 A RU2005135507 A RU 2005135507A RU 2300737 C1 RU2300737 C1 RU 2300737C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- conductor
- sections
- optical
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам измерения эксцентричности проводника электрического кабеля относительно его изоляционной оболочки с использованием магнитного и оптического методов измерительных преобразований.The invention relates to means for measuring the eccentricity of a conductor of an electric cable relative to its insulating sheath using magnetic and optical methods of measurement transformations.
Известен взамоиндуктивный преобразователь устройства измерения эксцентричности проводника относительно оболочки электрического кабеля (pat. US 5541509, МПК G01B 7/30, опубл. 30.07.1996 г.), содержащий индуктор на замкнутом кольцевом магнитопроводе с обмоткой возбуждения и измерительную обмотку. Принцип действия устройства основан на возбуждении в проводнике кабеля электрического тока и зависимости наводимой его магнитным полем эдс измерительной обмотки от толщины изоляционной оболочки кабеля. Получение информации об эксцентричности проводника обеспечивается за счет измерения толщины оболочки в разных точках ее поверхности.A self-inductive transducer is known for measuring the eccentricity of a conductor relative to the sheath of an electric cable (pat. US 5541509, IPC
Недостатками такого технического решения являются необходимость механического контакта корпуса измерительной обмотки с поверхностью оболочки кабеля и необходимость механического вращения обмотки вокруг кабеля. Это существенно снижает эксплуатационные характеристики устройства и делает непригодным преобразователь для использования при контроле процесса экструзионного нанесения изоляции ввиду высокой температуры оболочки кабеля и незавершенности на данной стадии процесса ее затвердевания.The disadvantages of this technical solution are the need for mechanical contact of the body of the measuring winding with the surface of the cable sheath and the need for mechanical rotation of the winding around the cable. This significantly reduces the operational characteristics of the device and makes the converter unsuitable for use in monitoring the process of extrusion deposition of insulation due to the high temperature of the cable sheath and the incompleteness at this stage of the solidification process.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является индуктивно-оптический преобразователь измерителя эксцентричности и диаметра электрического кабеля (WO 03085354, МПК G01B 7/312, опубл. 16.10.2003 г.), содержащий индуктор на замкнутом кольцевом магнитопроводе с обмоткой возбуждения, две симметрично расположенные относительно оси проводника испытываемого кабеля и ортогональные друг другу системы взаимоиндуктивных и оптических преобразователей, состоящих каждая из источника и приемника оптического излучения и двух расположенных по разные стороны от оси симметрии встречно включенных измерительных обмоток, имеющих каждая по две согласно включенные секции. Секции измерительных обмоток лежат в плоскости, проходящей через ось симметрии систем преобразователей. При этом секции измерительных обмоток разнесены в продольном относительно направления движения кабеля направлении на некоторое расстояние, обеспечивающее возможность размещения в промежутке между секциями обмоток источника и приемника оптического излучения. Принцип действия устройства заключается в следующем. Движущийся контролируемый кабель пропускается сквозь кольцо магнитопровода, по возбуждающей обмотке которого протекает переменный электрический ток. В результате этого в проводнике кабеля индуцируется переменный электрический ток, создающий вокруг проводника переменное магнитное поле. Это магнитное поле наводит эдс в секциях измерительных обмоток. Суммарные эдс измерительных обмоток каждой из систем преобразователей функционально связаны со значениями поперечных смещений проводника по соответствующим ортогональным осям, лежащим в плоскостях секций измерительных обмоток. Таким образом, обеспечивается получение информации о местоположении (координатах) продольной оси проводника кабеля. Получение измерительной информации о диаметре оболочки кабеля и местоположении (координатах) ее продольной оси осуществляется на основе теневого оптического метода с использованием расположенных по разные стороны от контролируемого кабеля источника и приемника оптического излучения. Значение эксцентричности проводника и оболочки, т.е. поперечного смещения продольной оси проводника относительно продольной оси оболочки кабеля, определяется геометрическим вычитанием векторов поперечного смещения продольных осей проводника и оболочки относительно оси симметрии преобразователя.The closest in technical essence to the present invention is an inductive-optical converter for measuring the eccentricity and diameter of the electric cable (WO 03085354, IPC G01B 7/312, publ. 16.10.2003), containing an inductor on a closed ring magnetic circuit with an excitation winding, two symmetrically located relative to the axis of the conductor of the test cable and orthogonal to each other, systems of mutually inductive and optical converters, each consisting of a source and receiver of optical radiation and two laid on different sides from the axis of symmetry of the counter-connected measuring windings, each having two according to the included sections. The sections of the measuring windings lie in a plane passing through the axis of symmetry of the transducer systems. In this case, the sections of the measuring windings are spaced apart in a longitudinal direction relative to the direction of cable movement for a certain distance, which makes it possible to place an optical radiation source and a receiver between the sections of the windings. The principle of operation of the device is as follows. A moving controlled cable is passed through the ring of the magnetic circuit, along the exciting winding of which an alternating electric current flows. As a result of this, an alternating electric current is induced in the cable conductor, creating an alternating magnetic field around the conductor. This magnetic field induces an emf in the sections of the measuring windings. The total emfs of the measuring windings of each of the transducer systems are functionally related to the values of the transverse displacements of the conductor along the corresponding orthogonal axes lying in the planes of the sections of the measuring windings. Thus, obtaining information about the location (coordinates) of the longitudinal axis of the cable conductor is provided. Obtaining measurement information about the diameter of the cable sheath and the location (coordinates) of its longitudinal axis is carried out on the basis of the shadow optical method using the source and receiver of optical radiation located on opposite sides of the controlled cable. The value of the eccentricity of the conductor and the sheath, i.e. the transverse displacement of the longitudinal axis of the conductor relative to the longitudinal axis of the cable sheath, is determined by geometric subtraction of the vectors of the transverse displacement of the longitudinal axes of the conductor and the sheath relative to the axis of symmetry of the transducer.
Недостатками такого технического решения, обусловленными конструктивными особенностями преобразователя, являются нелинейность функций преобразования поперечных смещений проводника в электрические сигналы (эдс измерительных обмоток), зависимость сигнала измерительных обмоток, предназначенных для измерения смещения проводника по одной из ортогональных осей от смещения по другой ортогональной оси, ухудшение эксплуатационных параметров измерителя ввиду увеличенного по сравнению с аналогами размера преобразователя в продольном направлении.The disadvantages of this technical solution, due to the design features of the converter, are the non-linearity of the functions of converting the transverse displacements of the conductor to electrical signals (emf of the measuring windings), the dependence of the signal of the measuring windings designed to measure the displacement of the conductor along one of the orthogonal axes from the displacement along the other orthogonal axis, and the deterioration of operational parameters of the meter due to the increased size of the converter in the longitudinal equalization.
В принципе два первых недостатка, непосредственно влияющие на основные метрологические параметры преобразователя, могут быть устранены путем сложной совместной вычислительной обработки сигналов измерительных обмоток обеих ортогональных систем преобразователей. Однако алгоритм такой обработки должен корректироваться в этом случае для каждого значения диаметра проводника, что является крайне неудобным и практически не реализуемым. В прототипе предлагается для уменьшения негативного влияния на точность измерения указанных недостатков использовать механический привод, с помощью которого в процессе контроля осуществляется автоматическое центрирование проводника относительно оси преобразователя и, таким образом, обеспечивается работа преобразователя в диапазоне поперечных смещений, в котором его недостатки проявляются в меньшей степени. Однако реализация данного технического решения существенно снижает эксплуатационные параметры измерителя.In principle, the first two drawbacks that directly affect the basic metrological parameters of the converter can be eliminated by complex joint computational processing of the signals of the measuring windings of both orthogonal converter systems. However, the algorithm for such processing should be adjusted in this case for each value of the conductor diameter, which is extremely inconvenient and practically not feasible. In the prototype, it is proposed to use a mechanical drive to reduce the negative impact on the measurement accuracy of these shortcomings, with the help of which the conductor is automatically centered around the axis of the transducer and, thus, the transducer is operated in the range of transverse displacements, in which its disadvantages are manifested to a lesser extent . However, the implementation of this technical solution significantly reduces the operational parameters of the meter.
Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является повышение точности измерений и эксплуатационных характеристик измерителя.The technical result when using the present invention is to improve the accuracy of measurements and operational characteristics of the meter.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве, содержащем индуктор на замкнутом кольцевом магнитопроводе с обмоткой возбуждения, две симметрично расположенные относительно оси проводника испытываемого кабеля и ортогональные друг другу системы взаимоиндуктивных и оптических преобразователей, состоящих каждая из источника и приемника оптического излучения и пары расположенных по разные стороны от оси симметрии встречно включенных измерительных обмоток, имеющих каждая по две согласно включенные секции, в соответствии с предлагаемым решением секции измерительных обмоток расположены в параллельных плоскостях и для каждой пары измерительных обмоток отношение расстояния между измерительными обмотками к расстоянию между их секциями находится в интервале от 1,6 до 1,8.This result is achieved by the fact that in a device containing an inductor on a closed ring magnetic circuit with an excitation winding, two systems of mutually inductive and optical converters symmetrically located relative to the conductor axis of the test cable and orthogonal to each other, consisting of each source and receiver of optical radiation and pairs located at different sides from the axis of symmetry of the counter-connected measuring windings, each having two according to the included sections, in accordance with the proposal with the desired solution, the sections of the measuring windings are located in parallel planes and for each pair of measuring windings, the ratio of the distance between the measuring windings to the distance between their sections is in the range from 1.6 to 1.8.
На фиг.1 изображен индуктивно-оптический преобразователь; на фиг.2 - схема электрических соединений обмоток преобразователя; на фиг.3 - поперечное сечение контролируемого кабеля; на фиг.4 - функциональные зависимости электрического сигнала от поперечного смещения для предлагаемого преобразователя (зависимости 16, 18) и устройства-прототипа (зависимости 17, 19).Figure 1 shows the inductive-optical converter; figure 2 is a diagram of the electrical connections of the windings of the Converter; figure 3 is a cross section of a controlled cable; figure 4 - functional dependence of the electrical signal from lateral displacement for the proposed Converter (
Преобразователь содержит индуктор на замкнутом кольцевом магнитопроводе 1 с обмоткой возбуждения 2, две одинаковые системы взаимоиндуктивных и оптических преобразователей, первая из которых состоит из источника оптического излучения 3, приемника оптического излучения 4, двух измерительных обмоток с секциями 5, 6 и 7, 8, а вторая - из источника оптического излучения 9, приемника оптического излучения 10, двух измерительных обмоток с секциями 11, 12 и 13, 14.The converter contains an inductor on a closed ring
Первая и вторая системы преобразователей симметричны относительно оси OZ (фиг.1) и ортогональны между собой. Двухсекционные измерительные обмотки первой системы преобразователей с секциями 5, 6 и 7, 8 и второй системы преобразователей с секциями 11, 12 и 13, 14 расположены по разные стороны от оси OZ. Секции измерительных обмоток 5, 7 и 6, 8 первой системы преобразователей и 11, 13 и 12, 14 второй системы преобразователей расположены в параллельных плоскостях и не имеют взаимного пространственного сдвига в продольном направлении (вдоль оси OZ). Источник 3 и приемник 4 оптического излучения первой системы преобразователей, источник 9 и приемник 10 оптического излучения второй системы преобразователей располагаются в промежутке между плоскостями, в которых расположены секции измерительных обмоток, и не имеют пространственного сдвига относительно измерительных обмоток в продольном направлении. Секции измерительных обмоток 5 и 6, 7 и 8, 11 и 12, 13 и 14 включены согласно, а сами измерительные обмотки каждой из систем преобразователей включены встречно (фиг.2).The first and second converter systems are symmetric about the OZ axis (FIG. 1) and are orthogonal to each other. Two-section measuring windings of the first transducer system with
Строго говоря, оптические преобразователи, входящие в состав каждой из систем измерительных преобразователей, в отличие от индуктивных не являются абсолютно симметричными относительно оси проводника, поскольку по разные стороны от оси симметрии находятся разные элементы - источник и приемник оптического излучения. Под симметрией оптических преобразователей в данном случае имеется в виду симметричное расположение относительно оси отдельных элементов.Strictly speaking, the optical converters that make up each of the measuring transducer systems, unlike inductive ones, are not absolutely symmetrical about the axis of the conductor, since there are different elements on the opposite sides of the axis of symmetry - the source and receiver of optical radiation. In this case, by the symmetry of optical converters is meant a symmetrical arrangement relative to the axis of individual elements.
Индуктивно-оптический преобразователь работает следующим образом. Движущийся контролируемый кабель с проводником 15 пропускается сквозь кольцо магнитопровода 1, по обмотке возбуждения 2 которого протекает переменный электрический ток (фиг.1). Проводник кабеля 15 образует с электропроводящими элементами производственной линии нанесения изолирующей оболочки (подающими роликами, корпусом охлаждающей ванны, распределенной электрической емкостью между проводником и корпусом ванны и т.п.) замкнутую электрическую цепь, а кроме того, фактически является вторичной обмоткой трансформатора, другими составными частями которого являются магнитопровод 1 и обмотка возбуждения 2 индуктора. В результате в проводнике 15 кабеля индуцируется переменный электрический ток I, создающий вокруг проводника переменное магнитное поле. Это магнитное поле наводит эдс в секциях измерительных обмоток. При совпадении продольной оси проводника 15 кабеля с осью симметрии OZ индуктивно-оптического преобразователя ввиду встречного включения измерительных обмоток суммарная эдс измерительных обмоток каждой системы преобразователей равна нулю. При поперечном смещении проводника 15 кабеля относительно продольной оси OZ в направлении оси ОХ, лежащей в плоскости симметрии измерительных обмоток с секциями 5-8 и проходящей через ось OZ, суммарная эдс этих измерительных обмоток Е1 функционально связана по амплитуде со значением смещения X. При поперечном смещении проводника 15 кабеля относительно продольной оси OZ в направлении оси OY, лежащей в плоскости симметрии измерительных обмоток с секциями 11-14 и проходящей через ось OZ, суммарная эдс этих измерительных обмоток E2 функционально связана по амплитуде со значением смещения Y. Таким образом обеспечивается получение информации о местоположении (координатах Хп и Yп) продольной оси проводника 15 кабеля.Inductive-optical Converter operates as follows. A moving controlled cable with a
Получение измерительной информации о местоположении (координатах Xo и Yo) продольной оси оболочки кабеля осуществляется на основе теневого оптического метода с использованием расположенных по разные стороны от контролируемого кабеля источников 3, 9 и приемников 4, 10 оптического излучения. Для этого, в частности, возможно применение того же принципа измерительного преобразования, что и в устройстве-прототипе.Obtaining measurement information about the location (coordinates X o and Y o ) of the longitudinal axis of the cable sheath is carried out on the basis of the shadow optical method using sources 3, 9 and receivers 4, 10 of optical radiation located on opposite sides of the cable being monitored. For this, in particular, it is possible to use the same principle of measurement conversion as in the prototype device.
Значение эксцентричности е проводника 15 и оболочки 16 кабеля (фиг.3) определяется геометрическим вычитанием векторов и поперечных смещений продольных осей проводника и оболочки относительно оси симметрии преобразователя OZ.The value of the eccentricity e of the
где ex и ey - проекции вектора эксцентричности соответственно на координатные оси OX и OY.where e x and e y are the projections of the eccentricity vector, respectively, on the coordinate axes OX and OY.
Предлагаемая конструкция измерительных обмоток с разнесенными в поперечном направлении секциями обеспечивает высокую линейность зависимостей сигналов измерительных обмоток Е1 и Е2 соответственно от измеряемых смещений Хп и Yп и пренебрежимо малую зависимость этих сигналов от смещений в ортогональных направлениях в широком диапазоне поперечных смещений самого кабеля в контролируемой зоне преобразователя. На основе математического и физического моделирования работы преобразователя было установлено, что оптимальное соотношение расстояния b между секциями измерительных обмоток и расстояния а между находящимися по разные стороны от контролируемого кабеля измерительными обмотками равно (фиг.1). Однако метрологические параметры устройства существенно не изменяются при использовании соотношения указанных конструктивных параметров в диапазоне от 1:1,8 до 1:1,6.The proposed design of the measuring windings with sections spaced apart in the transverse direction provides high linearity of the dependences of the signals of the measuring windings E 1 and E 2, respectively, on the measured displacements X p and Y p and a negligible dependence of these signals on displacements in orthogonal directions in a wide range of transverse displacements of the cable itself in controlled area of the converter. Based on mathematical and physical modeling of the operation of the converter, it was found that the optimal ratio of the distance b between the sections of the measuring windings and the distance a between the measuring windings located on different sides of the cable being monitored is (figure 1). However, the metrological parameters of the device do not significantly change when using the ratio of these design parameters in the range from 1: 1.8 to 1: 1.6.
На фиг.4 приведены полученные для предлагаемого преобразователя с оптимальным соотношением параметров зависимости сигнала E2 измерительных обмоток, предназначенных для измерения смещения по оси OY, от изменения координат продольной оси проводника кабеля Y (кривая 16) и Х (кривая 18). Вторая зависимость определялась при значении Y=0,1a. Здесь же представлены аналогичные зависимости для преобразователя-прототипа (кривые 17 и 19). Сравнительный анализ этих зависимостей показывает, что функция преобразования предлагаемого преобразователя, имеющего оптимально выбранные конструктивные параметры, характеризуется на порядок большей линейностью и на порядок меньшей зависимостью от смещения проводника в ортогональном измеряемому смещению направлении.Figure 4 shows the obtained for the proposed Converter with the optimal ratio of parameters the dependence of the signal E 2 measuring windings designed to measure the displacement along the OY axis, from the change in the coordinates of the longitudinal axis of the cable conductor Y (curve 16) and X (curve 18). The second dependence was determined at a value of Y = 0.1a. Similar dependencies for the prototype converter are also shown here (
Более высокие метрологические характеристики преобразователя обеспечивают достижение и более высокой точности определения местоположения оси проводника, что в свою очередь позволяет достичь и более высокую точность определения эксцентричности проводника и оболочки кабеля. Причем это преимущество достигается без применения механического привода и усложнения электронной схемы, а только за счет конструктивных отличий преобразователя и использования оптимальных соотношений его геометрических параметров. Кроме того, предлагаемый преобразователь имеет и эксплуатационные преимущества по сравнению с прототипом, обусловленные меньшим продольным размером и заключающиеся в меньших габаритах преобразователя и больших допустимых перекосах оси кабеля относительно продольной оси преобразователя.Higher metrological characteristics of the converter ensure the achievement of a higher accuracy of determining the location of the axis of the conductor, which in turn allows achieving higher accuracy of determining the eccentricity of the conductor and the cable sheath. Moreover, this advantage is achieved without the use of a mechanical drive and the complexity of the electronic circuit, but only due to the design differences of the converter and the use of optimal ratios of its geometric parameters. In addition, the proposed Converter has operational advantages compared with the prototype, due to the smaller longitudinal dimension and consisting in smaller dimensions of the Converter and large allowable distortions of the cable axis relative to the longitudinal axis of the Converter.
Источники информацииInformation sources
1. Pat. US 5541509. IC G01B 7/30. Electrical cable jacket and conductor eccentricity detector including energizing coil formed about a toroid core and moveable pickup coil / Beta Instr Co (GB). Publ. 30.07.1996, esp@cenet database. - 11 p.: I1.1. Pat. US 5541509. IC G01B 7/30. Electrical cable jacket and conductor eccentricity detector including energizing coil formed about a toroid core and moveable pickup coil / Beta Instr Co (GB). Publ. 07/30/1996, esp @ cenet database. - 11 p.: I1.
2. Pat. WO 03085354. IC G01B 7/312. Contactless system for measuring centricity and diameter / Zumbach Electronic AG (CH). Publ. 16.10.2003, esp@cenet database. - 18 p.: I1.2. Pat. WO 03085354.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005135507/28A RU2300737C1 (en) | 2005-11-15 | 2005-11-15 | Inductive optical transformer of electric cable eccentricity meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005135507/28A RU2300737C1 (en) | 2005-11-15 | 2005-11-15 | Inductive optical transformer of electric cable eccentricity meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2300737C1 true RU2300737C1 (en) | 2007-06-10 |
Family
ID=38312576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005135507/28A RU2300737C1 (en) | 2005-11-15 | 2005-11-15 | Inductive optical transformer of electric cable eccentricity meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2300737C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593425C2 (en) * | 2013-07-29 | 2016-08-10 | Сикора Аг | Method and apparatus for measuring the centricity of current-carrying conductor in the insulated enclosure |
-
2005
- 2005-11-15 RU RU2005135507/28A patent/RU2300737C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593425C2 (en) * | 2013-07-29 | 2016-08-10 | Сикора Аг | Method and apparatus for measuring the centricity of current-carrying conductor in the insulated enclosure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3246727B2 (en) | Inductive electronic caliper | |
CN103837900B (en) | A kind of buried cable localization method based on Vector Magnetic Field detection and device | |
CN106872925B (en) | A kind of near field probes spatial resolution standing wave calibration method based on transmission line | |
US3764897A (en) | Electromagnetic thickness gauging using a transmitting coil shaped to provide a constant field over a range of measuring distances | |
EP3376216B1 (en) | Method for eddy-current testing of electrically conductive objects and device for realizing said method | |
JP4390347B2 (en) | Position detection device | |
JPWO2003091655A1 (en) | Metal inspection method and metal inspection apparatus | |
US7576532B2 (en) | Motion transducer for motion related to the direction of the axis of an eddy-current displacement sensor | |
RU2300737C1 (en) | Inductive optical transformer of electric cable eccentricity meter | |
Murgatroyd et al. | Geometrical properties of Rogowski sensors | |
RU2422766C1 (en) | Inductive-optical transducer of electrical cable eccentricity metre | |
CN205718820U (en) | The probe of a kind of current vortex sensor and current vortex sensor | |
WO2020049883A1 (en) | Electric current measurement apparatus and electric current measurement method | |
US11326902B2 (en) | Scale used in an electromagnetic inductive encoder or a magnetic encoder | |
RU2298802C2 (en) | Transformer | |
JP2005030836A (en) | Displacement sensor and actuator using the displacement sensor | |
Lv et al. | Analytical modeling for the grating eddy current displacement sensors | |
RU2483332C1 (en) | Device to measure components of current density vector in conducting media | |
Ferkovic et al. | Dependence of mutual inductance of a precise Rogowski coil on the primary conductor position | |
Xu et al. | Weighting function-based coil size optimization for electromagnetic flowmeter | |
RU2192619C1 (en) | Linear displacement inductance-type meter | |
SU1293624A1 (en) | Method of non-destructive testing of cylindrical articles | |
JPS5822151Y2 (en) | Electromagnetic device for detecting buried metal pipes | |
RU2234111C1 (en) | Induction cable route seeker | |
Liu | Analysis on the Characteristics of Coil Impedance Change Induced by Nonferromagnetic and Ferromagnetic Cylinders |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071116 |