SE501461C2

SE501461C2 - Magnetic sensor for installing on underwater coastal defences - is formed as induction coil with axial length very small in relation to coil dia. and provided with connections for ingoing and outgoing coupling conduits

Info

Publication number: SE501461C2
Application number: SE9400177A
Authority: SE
Inventors: Hans Olof Oeberg
Original assignee: Argos Ab
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 1995-02-20
Also published as: SE9400177D0; SE9400177L

Abstract

The sensor is formed as a self-supporting composite product comprising one or more parallel electrical conductors which are wound in cylindrical coil form together with glass fibre wires, and where the unit of conductors and glass fibre wires during the winding process is impregnated with a polymer material. The polymer material is made to harden so that the induction coil (11) forms a solid strong ring consisting of conductors-glass fibre reinforcement - polymer material. The ring-shaped induction coil is of bipolar character and has an axial length which is considerably less than its cross-sectional dia., e.g. only 5-10% of the cross-sectional dia.. The induction coil is encapsulated in a further layer (9,10) of elastomer material, so that the coil is completely watertight.

Description

501 461 10 15 20 25 30 35 brukat observeras akustiskt, t ex med hjälp av hydrofoner, eller med hjälp av magnetslingor som är nedlagda på havsbottnen. Sådana magnetslingor är svårhanterliga och måste ofta vara mycket långa, ibland flera kilometer långa, och de kan ibland, för vissa situationer, ha för låg känslighet, i andra fall så hög känslighet att bakgrundsbrus kan försvåra tolkningen av förekommande observationer. 501 461 10 15 20 25 30 35 used to be observed acoustically, eg with the help of hydrophones, or with using magnetic loops laid on the seabed. Such magnetic loops are difficult to handle and often have to be very long, sometimes several kilometers long, and they can sometimes, for certain situations, have too low sensitivity, in other cases so high sensitivity that background noise can complicate the interpretation of existing observations.

De relativt små, lätthanterliga och högkänsliga enheterna enligt föreliggande uppfinning kan i många fall ersätta de konventionella långa magnetslingor som hittills använts för automatiserad övervakning i vatten. Dessa små enheter är lätta att lägga ut, de kan lätt förflyttas eller tas upp, de kan sinsemellan anpassas för varierande bakgrundsbrus och olika signal/brus-förhållanden, och de kombinerar och ersätter fördelarna med såväl punktformiga magnetiksensorer som långsträckta, konventionella magnetslingor i ett låtthanterligt och känsligt system.The relatively small, easy-to-handle and highly sensitive units according to the present invention can in many cases replace the conventional longs magnetic loops hitherto used for automated monitoring in water. These small units are easy to lay out, they can be easily moved or taken up, they can be adapted to each other for varying background noise and different signal-to-noise ratios, and they combine and replace the advantages of both point-shaped magnetic sensors and elongated, conventional magnetic loops in a manageable and sensitive system.

En magnetiksensor enligt uppfinningen är utformad som en ringformad induktionsspole med valfri diameter och med en axiell längd som är endast en liten bråkdel av spolens diameter, t ex 5-10% av spolens diameter, varigenom spolen får dipol-karaktär, vilket är mycket fördelaktigt vid användning av spolen som en magnetiksensor. Den aktuella induktionsspolen tillverkas genom lindning av elektriska ledare tillsammans med trådar av glasfiber eller glasgarn, och ledarna och glasfibertrådarna impregneras under och efter lindningen av spolen med en härdplast, vilket gör spolen "självbärande" och formad till en stabil, solid kompositenhet. Ledarna och glasfibertrådarna fungerar i den färdiga spolen som en gemensam armering, och glasfibertrådarna och härdplasten bildar även en isolering för spolen. Härdplastimpregneringen gör även spolen vattentät. I det fall att spolen skall läggas under vatten kan den lämpligen förses med ett ytterligare lager av en vattentätande elastomer så att hela spolen med de elektromekaniska anslutnings- punkterna blir fullständigt vattentäta.A magnetics sensor according to the invention is designed as one annular induction coil of any diameter and with an axial length which is only a small fraction of the coil diameter, eg 5-10% of the diameter of the coil, whereby the coil acquires a dipole character, which is a lot advantageous when using the coil as a magnetic sensor. The current inductor is manufactured by winding electrical conductors together with fibers of fiberglass or glass yarn, and the conductors and the fiberglass wires are impregnated during and after the winding of the spool with a thermoset, which makes the coil "self-supporting" and shaped into a stable, solid composite unit. The conductors and fiberglass wires work in it finished the coil as a common reinforcement, and the fiberglass wires and the thermosetting plastic also forms an insulation for the coil. The thermosetting plastic impregnation also makes the coil waterproof. In the event that the coil is to be submerged it may conveniently be provided with an additional layer of a waterproofing elastomer so that the entire coil with the electromechanical connection the points become completely waterproof.

En väsentlig fördel med en magnetiksensor enligt uppfinningen är att den fungerar som en "passiv" enhet, dvs att den inte är belagd med ström, utan att induktionsströmmar alstras i sensorspolen när ett metallföremål passerar, vilka induktionsströmmar observeras med hjälp av detektorenheten. Det är fördelaktigt att sensorerna är strömlösa vid 10 15 20 25 30 35 501 461 placering i marken och framför allt i vatten, och det medför också fördelar beträffande drift och underhåll av övervakningssystemet.A significant advantage of a magnetic sensor according to the invention is that it functions as a "passive" device, ie that it is not coated with current, without induction currents being generated in the sensor coil when a metal objects pass, which induction currents are observed by means of of the detector unit. It is advantageous that the sensors are without power 10 15 20 25 30 35 501 461 placement in the ground and especially in water, and it also entails benefits regarding operation and maintenance of the monitoring system.

Magnetiksensorn kan användas som en separat enhet med ledarna anslutna till någon lämplig detektorenhet, men vanligen läggs ett flertal sinsemellan seriekopplade spolar sida vid sida bredvid varandra eller eventuellt i axiell linje ovanpå varandra vid liggande spolar, eller bredvid varandra vid stående spolar. Spolarna kan alltså placeras liggande eller stående. Ett större antal seriekopplade spolar ger ökad känslighet, även för bakgrundsbrus. Vid starkt bakgrundsbrus kan det dock vara lämpligt att anordna spolarna så att de får lägre känslighet. Högsta antalet seriekopplade sensorspolar bestäms alltså av det magnetiska bakgrundsbrus som uppkommer och motsvarande möjlighet att uppehålla tillräcklig signal/brus-nivå, s k S/N-förhållande. Beroende på spolarnas konstruktion som bipolära spolar kan de seriekopplade spolarna lämpligen placeras och kopplas polvända 1800 i förhållande till varandra, vilket bl a motverkar fluktuationer i det jordmagnetiska fältet genom negativ interferens. Detta ger ett bättre signal/brusförhållande.The magnetics sensor can be used as a separate unit with the conductors connected to any suitable detector unit, but usually a plurality is added interconnected coils side by side next to each other or possibly in axial line on top of each other at horizontal coils, or next to each other each other at standing coils. The coils can thus be placed horizontally or standing. A larger number of series-connected coils provide increased sensitivity, too for background noise. However, in case of strong background noise, it may be appropriate to arrange the coils so that they have lower sensitivity. Highest number series-connected sensor coils are thus determined by the magnetic background noise that arises and the corresponding possibility that maintain a sufficient signal / noise level, so-called S / N ratio. Depends on The construction of the coils as bipolar coils can be connected in series the coils are suitably placed and connected pole-turned 1800 in relation to each other, which, among other things, counteracts fluctuations in the earth's magnetic field by negative interference. This gives a better signal / noise ratio.

Vid markläggning kan magnetiksensor-spolarna placeras på ett markdjup av t ex V; meter, vid sjöläggning kan djup tillåtas om från 2 till 40 meter eller t o m mer.When grounding, the magnetic sensor coils can be placed on one ground depth of eg V; meters, when laying sea, depth can be allowed if from 2 to 40 meters or even more.

Uppfinningen skall nu beskrivas mer i detalj under hänvisning till bifogade ritningar, där figur 1 schematiskt visar ett första stadium av tillverkningen av en magnetik-sensorspole enligt uppfinningen, och där figur 2 illustrerar slutstadiet av tillverkningen. Figur 3 är ett transversellt snitt genom en färdig magnetiksensorspole, och figur 4 visar spolen i figur 3 sedd från sidan. Figur 5 visar en sensor i kopplat tillstånd, och figur 6 visar ett avsnitt bestående av fyra stycken seriekopplade sensorer, där vissa sensorer är polvända 1800.The invention will now be described in more detail with reference to attached drawings, in which Figure 1 schematically shows a first stage of the manufacture of a magnetic sensor coil according to the invention, and there Figure 2 illustrates the final stage of manufacture. Figure 3 is a transverse section through a finished magnetic sensor coil, and Figure 4 shows the coil in figure 3 seen from the side. Figure 5 shows a sensor in the coupled state, and figure 6 shows a section consisting of four pieces connected in series sensors, where some sensors are pole-turned 1800.

Magnetiksensorn enligt uppfinningen förklaras enklast genom en beskrivning över metoden att tillverka sensorn. Detta går till så som visas i figurerna 1 och 2, varvid en cylindris|< dorn 1, som bestämmer innerdiametern på sensorn, förses med kragar 2 som bestämmer den blivande spolens axiella längd.The magnetics sensor according to the invention is most easily explained by a description of the method of manufacturing the sensor. This goes as follows is shown in Figures 1 and 2, with a cylindrical mandrel 1 determining the inner diameter of the sensor, is provided with collars 2 that determine it axial length of the future coil.

För att den blivande spolen skall få bipolär karaktär bör den axiella längden på spolen vara betydligt mindre än spolens diameter, t ex endast cirka 5-10% av spolens genomsnittsdlameter, och motsvarande 501 461 10 15 20 25 30 35 gäller för spolens tjocklek, vilken dock bestäms av antalet lindningsvarv på den elektriska ledaren och glasfibertrådarna.In order for the future coil to have a bipolar character, it should be axial the length of the coil be significantly smaller than the diameter of the coil, e.g. only about 5-10% of the average diameter of the coil, and the equivalent 501 461 10 15 20 25 30 35 applies to the thickness of the coil, which, however, is determined by the number of winding turns on the electrical conductor and the fiberglass wires.

Vid ett praktiskt utföringsexempel av en induktionsspole lämpad som magnetlksensor för mark- eller vattenläggning utformades spolen med en innerdiameter av cirka 100 cm, och den axiella längden bestämdes till cirka 5 cm.In a practical embodiment of an induction coil suitable the coil was designed as a magnetic sensor for grounding or watering with an inner diameter of about 100 cm, and the axial length was determined to be about 5 cm.

Direkt på dornen 1 och mellan kragarna 2 lindas dels en elektrisk ledare 3, dels också armerande och isolerande glasfibertrådar eller eller -garn 4. Under lindningens gäng beläggs lindningen av ledaren 3 och glasfibertrådarna 4 med ett polymermaterial 4, som kan sprutas eller på annat sätt appliceras t ex från en behållare 6, och som tillåts härda, så att elastomermaterialet tillsammans med ledaren och glasfibertrådarna bildar en solid kompositprodukt med god egen hållfasthet. Hela spolen, med undantag av begynnelse- och slutändarna på spolens ledare, är sålunda en del av den härdade kompositprodukten, som utgör en sjävbärande enhet, vilken kombinerar funktionen som en mekanisk stomme och en induktionsspole. En kopplingsläda 7 med anslutningsdon 8 för de elektriska trådändarna skjuts in över spolen och limmas eller fixeras på annat sätt på induktionsspolen med trådändarna i anslutningsdonen 8.Directly on the mandrel 1 and between the collars 2 an electric coil is wound conductor 3, partly also reinforcing and insulating fiberglass wires or or yarn 4. Under the thread of the winding, the winding is coated by the conductor 3 and the glass fiber threads 4 with a polymeric material 4, which can be sprayed or on another way is applied, for example, from a container 6, and which is allowed to cure, so that the elastomeric material together with the conductor and the fiberglass wires forms a solid composite product with good own strength. The whole coil, with the exception of the beginning and end ends of the coil conductors, are thus a part of the cured composite product, which constitutes a self-supporting unit, which combines the function of a mechanical frame and an induction coil. A clutch slide 7 with connectors 8 for the electrical wire ends is pushed in over the spool and glued or fixed in another way on the induction coil with the wire ends in connectors 8.

Den sålunda bildade kompletta induktionsspolen kan lätt tas loss från dornen 1 och användas direkt. lnduktionsspolen har då formen av en tunn, stor ring. I det fall att induktionsspolen skall användas som magnetlksensor placeras under vatten är det lämpligt att hela spolen, inklusive kopplingslådan 8 inkapslas i ett ytterligare skikt elastomer- material, t ex från en invändig och en utvändig spole med elastomer- material 9 respektive 10, mellan vilka den egentliga induktions-spolen 11 är inkapslad. lnkapsling sker givetvis även från sidokanterna. Endast anslutningsdonen 8 framträder därvid utanför induktionsspolen.The complete induction coil thus formed can be easily detached from mandrel 1 and used directly. The induction coil then has the shape of a thin, large ring. In the event that the induction coil is to be used as magnetic sensor is placed under water, it is advisable that the entire coil, including the junction box 8 is encapsulated in an additional layer of elastomeric material, for example from an inner and an outer coil with elastomeric material 9 and 10, respectively, between which the actual induction coil 11 is encapsulated. Encapsulation of course also takes place from the side edges. Only the connectors 8 then appear outside the induction coil.

Vid användning av den bildade induktionsspolen kan den grävas ned i marken på ett djup av t ex omkring 0,2 - 1,0 meter, eller lämpligast på cirka 0,5 meters djup, eller så kan den förläggas i vatten på ett djup av t ex mellan 2 och 40 meter. Spolarna kan användas en och en som punktformiga magnetsensorer, men i många fall är det lämpligare att seriekoppla ett antal sensorer för bevakning av en längre sträcka.When using the induction coil formed, it can be dug down into the ground at a depth of, for example, about 0.2 - 1.0 meters, or most preferably at a depth of about 0.5 meters, or it can be placed in water at a depth of eg between 2 and 40 meters. The coils can be used one by one point-shaped magnetic sensors, but in many cases it is more appropriate to connect a number of sensors for monitoring a longer distance in series.

Spolarna kan därvid placeras på visst avstånd från varandra, vilket 10 15 20 25 30 35 501 461 bestäms av ändamålet och av det djup i vattnet, på vilket spolarna är lagda. Spolarna kan kopplas samman med en och samma inbördes polinriktning, men i många fall är det lämpligt att placera varannan spole polvänd 1800. Detta motverkar, genom negativ interferens, den fluktuation som kan förekomma i det jordmagnetiska fältet.The coils can then be placed at a certain distance from each other, which 10 15 20 25 30 35 501 461 determined by the purpose and by the depth of the water at which the coils are lagda. The coils can be connected to one another pole alignment, but in many cases it is advisable to place every other coil pole reversal 1800. This counteracts, through negative interference, the fluctuation that may occur in the earth's magnetic field.

Anslutningarna 8 för de elektriska ledarna kan utformas som oförväxlingsbara kontakter, t ex en han- och en hopkoppling 8a resp. 8b, vilket underlättar bestämningen av spolarnas poler. Detta kan vara värdefullt bl a vid läggning och sammankoppling av spolar i mörker och under vatten, speciellt på stora djup.The connections 8 for the electrical conductors can be designed as non-interchangeable contacts, eg a male and an interconnect 8a resp. 8b, which facilitates the determination of the poles of the coils. This can be valuable, among other things, when laying and connecting coils in the dark and under water, especially at great depths.

Såsom nämnts ovan används magnetiksensorerna i strömlöst tillstånd. När metallföremål passerar ändras magnetfältet i marken eller i vattnet, och genom detta skapas induktionsströmmar i spolarna, vilka uppfattas i en detektor och ger en anvisning om att något metallföremål just passerar en spole.As mentioned above, the magnetic sensors are used in de-energized state. When metal objects pass, the magnetic field in the ground or in the water, and through this induction currents are created in the coils, which detected in a detector and gives an indication that some metal object just passing a coil.

I figur 6 visas hur fyra stycken induktionsspolar av den beskrivna typen kopplats samman i serie efter varandra. Det framgår att spolarna nr 2 och nr 4, sett underifrån, är polvända 1800. Spolen nr 1, d v s den understa spolen, och spolen nr 4, den översta spolen, visas med öppna ledningar, där den ena ledningen 12 kan vara inigående ledning och den andra utgående ledning 13. Ledningarna 12 och 13 kan anslutas till någon lämlig, i och för sig känd typ av signalmottagare eller detektorenhet i ett övervakningssystem.Figure 6 shows how four induction coils of the one described the type is connected in series one after the other. It appears that the coils No. 2 and No. 4, seen from below, are pole-turned 1800. Coil No. 1, i.e. the lower coil, and coil # 4, the top coil, is shown with open lines, where one line 12 may be the inbound line and the second output line 13. Wires 12 and 13 can be connected to any suitable, per se known type of signal receiver or detector unit in a monitoring system.

Läggningen av ett flertal seriekopplade induktionsspolar såsom magnetiksensorer kan ske antingen genom läggning av separata induktionsspolar och sammankoppling av dessa på plats när spolarna redan är utlagda, eller så kan spolarna kopplas samman i serie före läggningen och nedläggas i sådant seriekopplat skick. Vid läggning av spolarna i vatten kan det vara lämpligt att koppla ihop spolarna redan på läggningsbåten, varefter dykare kan kontrollera och eventuellt justera kopplingarna hos de lagda spolarna.The laying of a plurality of series-connected induction coils such as magnetic sensors can be made either by laying separate induction coils and interconnection of these in place when the coils are already laid out, or the coils can be connected in series before laid down and closed in such a series-connected condition. When laying the coils in water, it may be appropriate to connect the coils already on the laying boat, after which divers can check and possibly adjust the connections of the laid coils.

Såsom nämnts bestäms det maximala antalet induktionsspolar i serier sammankopplade spolar av det bakgrundsbrus som uppkommer.As mentioned, the maximum number of inductors in the series interconnected coils of the background noise that arises.

Det kan vid starkt bakgrundsbrus vara lämpligt att dela upp övervak- ningsslingorna i två eller flera parallellkopplade slingor bestående av ett visst antal induktionsspolar. 501 461 10 15 Hänvisningssiffror CDNQOJI-'Iï-hwwd .a O _! _l _\_a (ÛN dom krage elektrisk ledare glasfibertråd elastomermaterial behållare kopplingslàda elektrisk anslutning (a och b) elastomermaterial elastomermaterial induktionsspole ledare. ingående ledare, utgåendeIn the event of strong background noise, it may be appropriate to loops in two or more parallel loops consisting of one certain number of inductors. 501 461 10 15 Reference figures CDNQOJI-'Iï-hwwd .a O _! _l _ \ _ a (UN judgment collar electrical conductor fiberglass wire elastomeric material container clutch charger electrical connection (a and b) elastomeric material elastomeric material induction coil leader. in-depth leader, outgoing

Claims

10 15 20 25 30 35 501 461 PATENT REQUIREMENTS

Magnetic sensor in the form of an induction coil (11) with connections for input (8a) and output (8b) connecting lines (12, 13), characterized in that it is designed as a self-supporting composite product consisting of one or more parallel electrical conductors (3 ), which are wound in cylindrical coil form together with fiberglass wires (4), and where the unit of conductors (3) and fiberglass wires (4) during the winding has been impregnated with a polymeric material (5), which has been cured, so that the induction coil (11) forms a solid, strong ring consisting of conductor-glass fiber reinforcement-polymer material.

Magnetic sensor according to Claim 1, characterized in that the annular induction coil is of a bipolar nature and has an axial length which is considerably smaller than its average diameter, for example only 5-10% of the average diameter.

Magnetic sensor according to Claim 1 or 2, characterized in that the induction coil is encapsulated in a further layer (9, 10) of elastomeric material, so that the coil has become completely waterproof.

Magnetic sensor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sensor is completely watertight encapsulated with the exception of the input and output end of the electrical conductor, which has surface-mounted electrical connections (8).

Method for manufacturing a magnetic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that an induction coil (11) is wound on a detachable cylindrical mandrel (1) by winding one or more parallel electrical conductors (3) together with reinforcing glass fiber wires (4). , and by manually impregnating the conductors (3) and the fiberglass wires (4) with an elastomeric material (5) which is allowed to harden, after which the ends of the electrical conductor (s) (3) are provided with coupling connections (7, 8) and the coil (11) detached from the mandrel (1) as a self-supporting, solid composite unit.

Method according to claim 5, characterized in that the induction coil (11) is encapsulated in a further layer (9, 10) of elastomeric material, which is allowed to harden, and wherein the coil becomes completely waterproof.

Use of an induction coil of the type specified in claims 1-4 as a point-shaped magnetic sensor with the coil lying down, 501 461 or with the coil standing, and with the two line connections (8a, 8b) connected to a magnetic monitoring system.

Use of induction coils of the type specified in claims 1 - 4 as an elongate magnetic sensor with a plurality of electroless induction coils laid next to each other, in the ground or in the water, whose input and output lines (12, 13) are connected in series with each other. and with the input (12) of the first inductor in the series and the output (13) of the last inductor in the series connected to a magnetic monitoring system.

Use of induction coils of the type specified in claims 1 - 4 as an elongated magnetic sensor with a plurality of axially in line with each other and at a certain mutual distance from each other arranged series-connected induction coils.

Use of induction coils of the type specified in claims 1 - 4 as an elongate magnetic sensor with a plurality of series-connected induction coils, of which every other induction coil in the series coils is inverted 180 ° relative to the immediately preceding induction coil.