SE456865B - Anordning foer provning och/eller maetning, innefattande minst en faskaenslig detektor - Google Patents

Description

456 east . za Föreliggande uppfinning anger lösningar på ovannämnda och andra härmed sammanhängande problem.

För att underlätta och förenkla förståelsen av beskrivningen användes i fortsättningen vissa förkortningar och beteckningar.

Några förtydliganden framgår därför av följande: Med PROVOBJEKT avses t ex tråd. stång, ämnen, plåt. flytande media m m.

Med GIVARE avses t ex givare, sensor. sond m m och kombinationer av dessa.

Med STORHET avses t ex defekt, ytspricka. form. dimension. läge, flöde, hastighet. spänning m m.

Med faskänslig DETEKTOR avses t ex - fasstyrd likriktare eller detektor - faskänslig likriktare eller detektor - synkron likriktare eller detektor m m.

Med LO avses t ex lift-off.

Med SPR avses t ex spricka.

Med GSK avses t ex glödskal.

Med LOB (L) avses t ex den funktion eller kurva som beskriver eller representerar anordningens känslighet i olika riktningar i ett minst tvàdimensionellt plan t ex virvelströmsgivares impedansplan. Figur 1 visar ett exempel på sådant impedansplan. Som jämförelse kan nämnas likheten med radioantenners riktverkan.

Med /A/ avses t ex beloppet av signalen eller vektorn A.

Med u avses bland annat vinkeln eller faskillnaden mellan detektorns styrsignal och insignal.

Med 5 avses bland annat vinkeln eller fasskillnaden mellan två vektorer. 3 456 ses Med (p+0°) resp (Q+90°) avses bland annat att fasskillnaden mellan dessa signaler är 90°. samt att signalerna har en fasskillnad 9, som t ex kan varieras, relativt en annan signal t ex A sin mt. Signalerna (ç+0°) och (p+90°) har m a o ett inbördes fast fasläge samtidigt som dessa signaler (p+0°) och (p+90°) har faslägen som skiljer sig (p+0°) resp (q+90°) från faslëget för t ex A sin wt.

Med RIKTNINGSDERIVATA (dh/do) avses bland annat derivatan av känslighet som funktion av riktning. Man kan även uttrycka det som känslighetsvariation per riktningsändring.

Med FREKVENS/BÄRFREKVENS avses oftast den eller de frekvenser givaren matas med. t ex mL och mn. I frekvensen innefattas även frekvenskomponent och komposant.

'Med VEKTORTRANSFORMATION avses bland annat sådan teknik som framgår av figur 7. vilken är hämtad ur en artikel skriven av Hugo L. Libby. Andra exempel på vektortransformation framgår av de svenska patenthandlingarna 7507857-6, 81400698-0 och 8700359-6.

Med transformation/vektortransformation avses alltså i denna beskrivning alla varianter och tänkbara kombinationer av ovan angivna principer och utförandeformer.

Med och/eller avses att bägge orden kan gälla samtidigt eller var för sig.

Så kan t ex A och/eller B betyda - A - B - A och B.

Uppfinningen kan beskrivas enligt följande, som endast skall ses som ett av många tänkbara exempel och utförandeformer. Även tillämpningarna kan varieras på mångahanda sätt. Figurer o dyl gör ej anspråk på att vara skalenligt ritade m m varför de endast skall ses som principiella.

Målsättningen med uppfinningen är förbättrade fasdiskrimineringsegen- skaper. Som framgår av den svenska patenthandlingen 8302738-3 är vinkeln 456 865 ,, mellan LO-vektor och felvektor t ex FL av storleksordningen 15-25° vid vanligen förekommande frekvenser. Speciellt vid något högre frekvenser tenderar GSK-vektorerna att närma sig både SPR- och LO-vektorerna. Konsek- vensen av detta blir att det är svårt, i vissa fall t o m omöjligt, att via konventionell fasdiskrimineringsteknik baserad på användandet av enbart enkla faskänsliga detektorer, separera vektorerna från varandra.

Dessa konventionella anordningar har känslighetslober motsvarande t ex sin u och cos u i figur 3.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar impedansdiagram för en virvelströmsmatad ytgivarspole, figur 2 visar utfunktionen för fasstyrda detektorer, figur 3 visar känslighets- lober eller enklare lober hörande till funktionerna enligt figur 2, figur 4 visar andra lober, figur 5a och Sb visar två olika utförandeformer enligt uppfinningen och figur 6 visar ett exempel på hur anordningen enligt uppfinningen kan vara uppbyggd. Figur 7 visar ett förenklat schema över hur en vektortransformation kan utföras och figur 8 visar ett schema med inlagda kvotgränser.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXELQEL.

Figur 1 beskrivs detaljerat i den svenska patenthandlingen 8302738-3 ur vilken figuren är hämtad. Terminologi och beteckningar är även tillämpbara i föreliggande beskrivning. observera dock att u är ändrat till 3 för att ej förväxlas med övriga beteckningar.

Figur 2 visar utfunktionen A sin u resp A cos u från fasstyrda detekto- rer vars styrfaser är förskjutna 90° relativt varandra, samt en funktion A sin 2 a erhàllen genom produktbildning. Funktionerna sin u resp cos u visar utsignalen som funktion av styrsignalens fasläge relativt insignal- en. Vinkeln u kan här betraktas som fasläget hos detektorns styrsignal relativt fasläget hos detektorns insignal (A sin mt). Vinkeln u motsva- ras av viss riktning i impedansplanet i figur 1. Huruvida en signal skall betraktas såsom en sin- eller cos-signal, är beroende av vilken fasvinkel vi utgår ifrån som referensläge/referensfas. 5 456 ses Figur 3 visar känslighetslober eller enklare lober (L) hörande till funk- tionerna i figur 2. P g a att u har sin motsvarighet i figur 1 kan dessa lober placeras in i figur 1. Vektorerna i figur 1 kommer då att kunna detekteras av anordningen eller del därav, med en känslighet som helt eller till viss del bestäms av lobens storlek i aktuell riktning. Loberna L i figur 3 är proportionella mot funktionerna sin u, cos u och sin 2a.

Figur 4 visar lober motsvarande funktionen sin Än, dvs de är smalare, eller om man så vill, selektivare. Av figuren framgår även att loberna kan vridas eller rotera (BDT) relativt vektorerna LO och SPR. Varannan lob är positiv resp negativ.

Figur Ba och Bb visar två olika utförandeformer enligt uppfinningen där fasdiskrimineringstekniken vidareutvecklas via produkt- och kvotbildning.

Figur 6 visar ett av många exempel på hur en anordning enligt uppfinningen kan vara uppbyggd. Figur 6 är tagen ur den svenska patenthandlingen 8ÄOO698-0 i vilken den ingår som figur 3. Angivna positionsnummer refere- rar därför till beskrivningen i 8üOO698-0. Figur 6 är kompletterad med block enligt figur Sa som är markerade med starkare linjer i figur 6, och kallade MH resp ML, varigenom den för denna uppfinning kënnetecknande delen framgår. Observera dock att här har vi två block som vardera mot- svaras av figur Sa och som har insignaler av olika frekvens t ex A1 sin wnt resp A2 sin wLt. Detektorerna/likriktarna i figur 6 har t ex utökats till 3 st per kanal. Utsignalerna från dessa matar sedan produkt- och kvotblocket pos MH och ML. Blocken MH och ML matar sedan de efter- följande transformationskretsarna vilka även kan vara utformade så som framgår av figur 7. Observera även tvfirförbindningen mellan MH och ML som visar att t ex produkter kan bildas av olika bärfrekvensursprung.

Figur 7 visar ett förenklat schema över hur en vektortransformation kan utföras. Insignalerna består här tidigare av sin u och cos u termer från enkla fasstyrda likriktare. Enligt föreliggande uppfinning kompletteras eller ersätts dessa funktioner med sin n-a och/eller cos n-a termer där n kan vara godtyckliga tal. Som exempel kan insignalerna referera till 456 865 s sin a, sin Za, sin lm. cos u. cos 2a och cos lm etc. Variationsmöj- ligheterna är som synes näst intill obegränsade. Vid såväl känd teknik som ny teknik enligt föreliggande uppfinning, kan sin- och cos-termerna här- röra från olika bärfrekvenser eller kombinationer av dessa. Observera att figurerna är symboliskt och principiellt ritade. Självklara koefficienter o dyl har därför utelämnats för att göra figurer och text lättare att snabbt förstå.

Uppfinningen kombinerad med vektortransformation och dynamisk transfor- mering enligt svensk patenthandling 8ß0O698-0 ger unika möjligheter och egenskaper som innefattas i föreliggande uppfinning i sin mer sofistike- rade variant.

Matar man två enkla faskänsliga detektorer, t ex.pos 1 och 2 i figur 5 med styrsignaler (ç+0°) resp (ç+90°) kan man som bekant erhålla utsignaler följande funktionerna A-sin u resp A-cos m. Dessa funktioner framgår av figur 2. Det bör nämnas att 90° ej är något tvång utan är i första hand valt för att det är tacksamt att arbeta med. Av den enkla trigonometriska formeln sin 2a = 2 - sin u - cos u ekv 1 finner vi att om vi multiplicerar sin- och cos-termerna erhåller vi en funktion sin 2u som likaså framgår av figur 2. Man inser här lätt att funktionen sin 2 u är avsevärt mer fasselektiv än sin a p g a dess större derivata för fasändringar i t ex signalen A sin mt. Detta åskåd- liggörs enkelt av figur 3 där loben för sin a resp cos u kan jämföras med den smalare loben för sin 2u, som alltså är mer fasselektiv. Med hjälp av t ex multiplikatorn pos 7 i figur 5 har vi m a o skaffat oss en förbättrad, mer riktningsselektiv, känslighetsfunktion. Da signalen till detektorerna i figur 5 härrör från storhet kan den t ex skrivas som A sin mt där /A/ utgör beloppet. Detta gör att det kan vara lämpligt att även taga hänsyn till beloppets påverkan på produktbildningen då ju A - sin u - A - cos a = A2/2 sin 2u ekv 2. 7 l 456 ses Pos 3 och 6 är därför kopplade som beloppskännande dvs amplitudkännande, alltså ej riktningsberoende, detektorer, genom att komparatorerna pos 18 och 19 har ingángarna anslutna till detektorernas insignaler dvs till signalen A-sin mt. Utsignalen från detektor pos 3 motsvarar alltså be- loppet /A/ av A. Genom att nu dividera A2/2 sin 2a med /A/ i kvotbil- daren 10 erhåller vi en funktion A sin Za, vilken framgår av figur 2.

Hade vi behållit A2 i stället för som nu A, skulle vi fått en exponen- tialrespons som ej alltid gar att hantera på ett enkelt sätt. Kvotbild- ningen medför alltså att beloppet kan bibehâllas trots produktbildningen.

Av figur 5a framgår vidare att detektorerna pos 1, 2 och 3, multiplikatorn pos 7 och kvotbildaren pos 10 kan betraktas som en kanal och den andra/ nedre delen som kanal 2. Kanal 1 och 2 är lika varandra med undantag för att styrsignalerna skiljer sig #50 mellan kanalerna. P g a produkt- bildningen dubbleras skillnaden 45° till 900 vilket gör att man åter får en sin- och cos-term nämligen A sin Za resp A cos Zu. Dessa funktioner kan sedan multipliceras i produktbildaren/multiplikatorn pos 9. varvid funktionen A sin flu erthålls efter ny kvotbildning i pos 12. Funktionen A sin Um visas i lobform i figur 4. Vinkeln mellan max och min känslighet ar när 22,5°, vilket ar ryeker fördelaktigt, de denne vinkel ungefär motsvarar vinkeln 5 mellan LO-vektor och SPR-vektor. Man kan alltså effektivt underttycka LO-vektorn och maximalt detektera SPR-vektorn. För att få LO-vektorn att falla mellan två närliggande lober kan man vrida lobbilden relativt vektorerna. Denna vridning eller rotation (HOT) kan enkelt åstadkommas genom att 9 i figur 5a varieras. Vridningen kan om så önskas ske automatiskt samtidigt som man studerar t ex LO-vektorn. När LO-vektorn blir min stoppas vridningen/rotationen t ex automatiskt. varvid LO-undertryckningen t ex är optimerad. Observera att vi här eftersträvar en undertryckning i första hand, och att det räcker med att SPR-vektorn faller inom den del av loben som har relativt stor känslighet. SFR-vektorn behöver nödvändigtvis ej falla exakt på lobens mittnormal. Funktionen A-sin 4u kan, om man så önskar, användas för generering av A sin Su osv. Likaså kan man låta de två kanalernas styrsignaler i figur Sa skilja sig med annat värde än 45° och på det sättet generera andra t ex mer oregelbundna lober och lobmönster. Möjligheterna blir nästan obegränsade pà detta sätt. 456 865 8 ' En följd av de smala loberna som möjliggör separation av vektorer som skiljer sig åt med liten vinkel (3). är att förutsättningarna för en effektiv vektortransformation dramatiskt förbättras. Man kan då med fördel arbeta med flera frekvenser t ex QL och QH, och om så är fördelaktigt bilda produkter av signaler med olika bärfrekvensursprung. Det är även möjligt att t ex.kombinera olika lober, och blockera vissa så att t ex endast loberna i en kvadrant är aktiva. Samma sak kan uppnås genom att utnyttja polariteten på resp lob. Det är alltså möjligt att plocka bort de "blad" på "blomman" i figur 4 som är oönskade, och behålla de som är värdefulla för vektorseparationen m m.

Uppfinningen är även lämpad för att kombineras med. eller komplettera, den simulerade givare och givarrörelse som beskrivs i den svenska patenthand- lingen 8700Ä72-7.

'I sin renaste form kan uppfinningen anses kännetecknad av att lober gene- reras som funktion av produktbildning och/eller kvotbildning. Loberna lik- som produktbildarna/multiplikatorerna kan vara av direkt eller indirekt typ. Med indirekt typ avses t ex att produktbildningen sker med olika kretsar dvs en typ av omväg där funktionen likväl kan jämställas med en multiplikation i någon form. Såväl produktbildning som kvotbildning kan innefatta icke linjära funktioner och samband.

Sammanfattningsvis kan figur Sa betraktas som ett exempel på hur upp- finningen något förenklat kan realiseras utifrån enkla trigonometriska samband, och då ofta erbjuda symmetriska lober, lätta att anpassa till aktuella vektorer och vektortyperz Beträffande signalen A sin wt i figur 5a kan den som exempel vara av densamma eller liknande art som signalerna från pos 3 i figur 3 i den svenska patenthandlingen 8Ä0O698-0. Pos 5 och 6 i samma figur kan med fördel ersättas med kretsar enligt figurerna 5a i föreliggande beskrivning.

Figur 5b beskriver en något annorlunda detekteringsanordning. Insignalen till detektorn pos 25 är här kallas ml, vilket skall ses som ett fas- värde. En referensfas kallas 92. medan styrsignalen/fasen till detek- torn benämnes 93. ~ 9 456 ses Komparatorn pos 28 omvandlar insignalen pl till en fyrkantsignal som jämförs med oz i fasvinkeljämföraren pos 26. Utsignalen från pos 26 anger alltså fasskillnaden mellan 91 och 92 m a o A9 = 91 ~ 92. Signalen A9 förses med lämplig koefficient i förstärkaren pos 32 innan den använ- des som en av insignalerna till multiplikatorn pos 30. Signalen 92 omvandlas i pos 27 till en likspänning som förses med lämplig koefficient i förstärkaren pos 33, vars utsignal utgör den andra insignalen till multiplikatorn. I pos 31 omvandlas produktsignalen från pos 30 åter till en fassignal som förstärks/pulsformas i komparatorn pos 29, vars utsignal är ps-93 blir på detta sätt resultatet av en produktbildning, så att m3 = k-A9-92, där k är en vald konstant. Detta innebär att styr- signalen 93 varierar i fas proportionellt med produkten k-A9-92.

Resultatet blir att utsignalen från detektorn pos 25 blir långt större än vad A9-ändringen i 91 i sig skulle motiverat. Konsekvensen blir att även här får man p g a produktbildningen en förstärkt riktningsderivata (dL/dç). Ett arrangemang enligt figur 5b ger dock en något annorlunda lobbild än arrangemanget enligt figur Sa. Bägge varianterna har dock sina fördelar.

Givetvis kan i princip vilken trigonometrisk formel som helst innefattande en produkt eller kvot användas inom ramen för uppfinningen och då sanno- likt ge upphov till sin speciella lobbild och mönster. Betr produktbilder- na kan dessa bestå av t ex hårdvarubaserade multiplikatorer. mjukvarubase- rade datorer, balanserade modulatorer, log-antilog-förstärkare m m, inom ramen för uppfinningen.

Följande lista visar betydelsen av aktuella pos i figurerna 5a och 5b. llàâ IXE 1 , 2, 3.4 Faskanslig detektor 3,6 Faskänslig detektor kopplad som beloppskännande detektor 7,8,9 Produktbildare, t ex multiplikator l0,l1,l2 Kvotbildare l3,lU,15.16,17 Förstärkare, varierbar förstärkning 18,19 Pulsformare, t ex komparator 20,2l,22 Omkopplare, val av typ av nämnare .456 865 - 10 25 Faskänslig detektor 26 Fasjämförare 27 Fas till DC-omvandlare 28,29 7 Pulsformare, t ex komparator 30 Produktbildare, t ex multiplikator 31 DC till Fas-omvandlare 32,33 Förstärkare, varierbar förstärkning Utifrån beskrivning och denna lista torde beskrivningen_ej vålla läsaren några större svårigheter att förstå uppfinningens principiella funktion.

Man bör dock vara observant på att man med figurerna 5a och 5b och i dessa ingående delar, kan bygga hierarkiska nät av komplex art. Samtliga tänk- bara nät och kombinationer innefattas givetvis i uppfinningen. Likaså innefattas de utföringsformer där man ev valt att arbeta med varierande bärfrekvens. Den varierande frekvensen kan då ses som ett annat uttrycks- sätt för i denna uppfinning beskriven fasmätning/fasdiskriminering, men innehåller i princip samma information. Produktbildning och/eller kvot- bildning baserad på frekvensvariation innefattas alltså i uppfinningen.

Betr produktbildningen kan denna utföras med såväl analoga som digitala signaler eller mätvärden, beroende av vilket som anses lämpligt att an- vändas.

Det bör åter påpekas att loberna i figurerna 3 och 4 kan referera till impedansdiagrammet i figur 1. Lobernas centrum, placeras då lämpligen så det sammanfaller med aktuell arbetspunkt i impedansplanet. Inget hindrar att loberna ser olika ut vid olika frekvenser. I de fall loberna härrör från flera frekvenser måste detta_givetvis beaktas. Även om uppfinningen fungerar utmärkt vid en bärfrekvens är det 1 kombination med s k vektor- transformationsteknik som uppfinningen ger en mångfald förbättringar rela- tivt konventionell teknik.

En variant som innefattas i uppfinningen är följande.

Om man tar en vektor t ex FL i figur 1 och bildar kvoten av dess pro- jektioner på den horisontella resp vertikala axeln får man ett mått på vektorns riktning. Man kan även taga andra projektionsaxlar som referens om så är lämpligt. Genom att jämföra det aktuella kvotvärdet med/mot förutbestämda kvotvärdesgränser eller kvotvärdesfunktioner kan man få en mycket faskänslig detektering.

H 456 ses I figur 8 har kvotgränser (KG) lagts in. och skall t ex ses som ingående i figur 1. Man ser här att SPR-vektorn faller inom olika kvotfält (KF) varigenom den aktuella sprickan uppfyller villkoret KFuH och KF2L, som då kan användas för t ex klassificering, separering m m. På motsvarande sätt kan kriteriet för GSK-vektorer sättas till KFIK och KF2 . Väljer man att arbeta med t ex en grafisk bildskärm kan kvotgränserna t ex även läggas in på bildskärmen. Som framgår är kvotbildningen av vektorers projektioner en mycket effektiv utgångspunkt för en effektiv och selektiv detektering.

Genom att sedan låta kvotvärdena i analog- eller digitalform ingå t ex som insignaler, i villkorskretsar eller villkorsfunktioner erhåller man en enkel anordning med sofistikerade egenskaper.

I figur 8 refererar den övre och nedre delfiguren till olika bärfrekven- ser, vilket är markerat i figuren. Man kan här tala om att känslighets- derivaten är en språngfunktion, som funktion av aktuella kvotbildningar.

Observera att såväl SPR- som GSK-vektorerna kan utgöras av ett punktformat värde i figur 8 som då ej behöver innehålla information om annat än rikt- ning dvs fasvinkel.

Man kan ga ytterligare ett steg och förse t ex bildskärmen med t ex en täckskiva med fönster för aktuella kvotfält och på detta sätt maskera bort t ex störningar. Man kan även t ex placera avkänningsanordningar över valda delar av bildskärmen och låta utsignalerna från dessa vara insignal- er till enkla villkorskretsar vars utsignaler kan användas på mangahanda sätt. t ex som blockerings- eller separationssignal för aktuella vektorers belopp.

Figur 8 refererar till figur 1 vilket gör att kvotfälten (KF) i realiteten kan bestå av kvotvärden t ex spänningar som ligger inom spänningsinter- vall.

Som sätt kännetecknas uppfinningen även av att loberna vrides, momentant eller kontinuerligt, relativt aktuella vektorer i impedansdiagrammet, åstadkommet genom att inställningen ändras till en i anordningen hörande fasgenererande del t ex så att Q i figur Sa varieras.

Claims (6)

456 ses n I den svenska patenthandlingen 351 1493 från 1971 beskrivs en anordning för att via frekvensdubblare öka fasselektiviteten. Den beskrivna anordningen skiljer sig dock väsentligt från föreliggande uppfinning. Gemensamt är dock grundtanken att förbättra den konventionella synkrondetektorn med hjälp av tilläggskretsar och funktioner. Uppfinningen kan varieras på mângahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. PATENTKRAV

1. Anordning för provning och/eller mätning. t ex detektering av prov- objekt såsom varma stàlåmnen, med avseende på ytsprickor eller andra stor- heter, innefattande minst en faskänslig detektor (1), t ex synkrondetek- tor, för detektering, t ex likriktning av minst en från denna storhet hörande signal, t ex A-sin mt. och minst en delanordning, såsom en mul- tiplikator, för bildande av produkt eller kvot av signaler eller mätvär- den, härrörande från nämnda faskänsliga detektor, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst en från detektoranordningen erhàllen signal är anordnad att pâföras en delanordning för vektortransformation i och för separering av olika vektortyper.

2. Anordning enligt patentkrav 1. k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningens kënlighetslob (L) är vridbar (ROT) relativt vektorerna.

3. Anordning enligt patentkrav.2, k ä n n e tze c k n a d därav, att känslighetsloben/-loberna är vridbar relativt aktuell vektor/signal, som önskas undertryckt (LO eller GSK), så att dessa vektorer hamnar mellan två närliggande lober där känsligheten är låg eller noll.

4. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, Ik ä n ~ n e t e~c k n a d därav, att minst tva faskänsliga detektorers styrsigna- ler är i stort förskjutna relativt varandra med N-#50, där N är ett helt tal.

5. Anordning enligt något eller nägra av föregående patentkrav, k ä n - n e t e c k n a d därav, att produkt- och/eller kvotbildning är anordnad att ske medelst signaler av olika bärfrekvensursprung (mL, wa). 456 ses 13

6. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav. k ä n - n e t e c k n a d därav, att styrsignal (93) till minst en detektor (25) är anordnad att varieras sem funktion av fasändring (A9) hos signal. som direkt eller indirekt och helt eller delvis härrör från storhet.