SE501461C2 - Magnetiksensor, förfarande för framställning av en sådan, samt användning därav - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Såsom nämnts bestäms det maximala antalet induktionsspolar i serier sammankopplade spolar av det bakgrundsbrus som uppkommer.

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, utgående

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 501 461 PATENTKRAV

1. Magnetiksensor i form av en induktionsspole (11) med anslutningar för ingående (8a) och utgående (8b) kopplingsledningar (12, 13), kännetecknad av att den är utförd som en självbärande kompositprodukt bestående av en eller flera parallella elektriska ledare (3), som är lindade i cylindrisk spolform tillsammans med glasfibertrådar (4), och där enheten av ledare (3) och glasfibertrådar (4) under lindningens gång blivit impregnerad med ett polymermaterial (5), som fått härda, så att induktionsspolen (11) bildar en solid, stark ring bestående av ledare-glasfiberarmering-polymermaterial.

2. Magnetiksensor enligt krav 1, kännetecknad av att den ringformade induktionsspolen är av bipolär karaktär och har en axiell längd som är betydligt mindre än dess genomsnittsdiameter, t ex endast 5-10% av genomsnittsdiametern.

3. Magnetiksensor enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att induktionsspolen är inkapslad i ett ytterligare skikt (9, 10) av elastomermaterial, så att spolen blivit fullständigt vattentät.

4. Magnetiksensor enligt krav 1, 2 eller 3, kännetecknad av att sensorn år vattentätt helt inkapslad med undantag av den ingående och utgående änden på den elektriska ledaren, vilken har utanpåliggande elektriska anslutningar (8).

5. Förfarande för framställning av en magnetiksensor enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att en induktionsspole (11) lindas på en löstagbar cylindrisk dorn (1) genom att en eller flera parallella elektriska ledare (3) lindas tillsammans med armerande glasfibertrådar (4), och genom att ledarna (3) och glasfibertrådarna (4) under hand impregneras med ett elastomermaterial (5) vilket tillåts hårda, varefter ändarna på den eller de elektriska ledarna (3) förses med kopplingsanslutningar (7, 8) och spolen (11) tas loss från dornen (1) såsom en självbärande, solid kompositenhet.

6. Förfarande enligt krav 5, kännetecknat av att induktionsspolen (11) kapslas in i ett ytterligare skikt (9, 10) av elastomermaterial, som tillåts hårda, och varvid spolen blir fullständigt vattentät.

7. Användning av en induktionsspole av den i krav 1 - 4 angivna typen som en punktformig magnetiksensor med spolen liggande, 10 15 501 461 eller med spolen stående, och med de båda lednlngsanslutningarna (8a, 8b) kopplade till ett magnetik-övervakningssystem.

8. Användning av induktionsspolar av den i kraven 1 - 4 angivna typen som en långsträckt magnetiksensor med ett flertal bredvid varandra, i marken eller i vattnet, nedlagda strömlösa induktionsspolar, vilkas ingående och utgående ledningar (12, 13) är kopplade i serie med varandra och med ingången (12) till den första induktionsspolen i serien och utgången (13) till den sista induktionsspolen i serien anslutna till ett magnetik-övervakningssystem.

9. Användning av induktionsspolar av den i kraven 1 - 4 angivna typen som en làngsträckt magnetiksensor med ett flertal axiellt i linje med varandra och på visst inbördes avstånd från varandra anordnade, seriekopplade induktionsspolar.

10. Användning av induktionsspolar av den i kraven 1 - 4 angivna typen som en långsträckt magnetiksensor med ett flertal seriekopplade induktionsspolar, av vilka varannan induktionsspole i serien spolar är polvänd 180° i förhållande till närmast föregående induktionsspole.