WO2007053129A1 - Eddy-current method and system for contactlessly determining resistance - Google Patents

Eddy-current method and system for contactlessly determining resistance Download PDF

Info

Publication number
WO2007053129A1
WO2007053129A1 PCT/UA2006/000038 UA2006000038W WO2007053129A1 WO 2007053129 A1 WO2007053129 A1 WO 2007053129A1 UA 2006000038 W UA2006000038 W UA 2006000038W WO 2007053129 A1 WO2007053129 A1 WO 2007053129A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
coating
current
eddy current
resistance
Prior art date
Application number
PCT/UA2006/000038
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Vladimir Ivanovich Redko
Vladimir Sergeevich Khandetskyy
Elena Moiceevna Shembel
Peter Novak
Oxana Vladimirovna Redko
Original Assignee
Vladimir Ivanovich Redko
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 Vladimir Ivanovich Redko filed Critical Vladimir Ivanovich Redko
Publication of WO2007053129A1 publication Critical patent/WO2007053129A1/ru
Priority to US12/321,075 priority Critical patent/US7982457B2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/904—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents with two or more sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9046—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents by analysing electrical signals

Definitions

  • a very important parameter is the contact resistance between the metal current lead and the composite coating. This resistance depends on the area of the ohmic contact, which is determined by the microrelief of the surface of the coating, as well as the presence and total area of an insulating passivation film formed on the surface of the current lead.
  • a method and eddy current system for non-contact determination of the resistance between the current lead strip and the coating directly in the manufacturing process of manufacturing chemical current sources and supercapacitors are proposed.
  • the test method and system includes the placement of a combined measuring transducer containing two patch eddy current sensors above the surface of the coating deposited on a metal strip of current supply in the region of the guiding tape of the shaft so that all points of the working surface of the transducer are at the same distance from the surface of the tape.
  • Measure the relative introduced active resistance of the first eddy current sensor, the current lines of the working surface of which are parallel to each other and directed along the direction of movement of the current supply ribbon, and the direction of the currents in the lines is the same.
  • the operating frequency of the sensor is selected a frequency corresponding to a minimum frequency dependence of its inscribed • active resistance.
  • a similar parameter of the second eddy current sensor is measured, the current lines of the working surface of which are also parallel to each other and directed along the direction of movement of the current supply tape, but the directions of the currents in adjacent lines are opposite.
  • the choice of the working frequency of the second sensor is carried out in the post-extreme region of the hodograph of the current supply tape without impedance coating applied by the tape so that the value of the applied resistance is no more than 10% of the maximum value.
  • the value of the introduced active resistance of the second sensor is determined, which is caused only by eddy currents flowing in the coating layer.
  • Measure synchronization 0 by the first and second sensors taking into account the speed of uniform motion of the coated current supply tape so that both sensors measure on the same area of the coating.
  • the signal of the first sensor is corrected using the extracted signal values of the second sensor.
  • the value of the contact resistance between the current supply tape and the coating during the movement of the tape 5 is carried out using the adjusted values of the relative introduced active resistance of the first eddy current sensor.
  • This invention relates to the electrochemical industry, in particular to the field of technological non-destructive testing in the process of 0 production of chemical current sources and supercapacitors.
  • a very important parameter is the contact resistance between the metal current lead and the composite coating.
  • This coating is performed using powdered materials with ionic 5 conductivity, carbon additives, carbon black and other materials in various combinations, which are then bonded with a binder.
  • Aluminum is usually used as a metal current lead.
  • the electrical conductivity of the coating is several orders of magnitude lower than the conductivity of the metal current supply.
  • the magnitude of the contact resistance between the current lead and the coating depends on the area of the ohmic contact. This area is determined by the microrelief of the coating surface, as well as by the presence and total area of the insulating film of aluminum oxide on the surface of the current lead. When coating the current supply tape, the oxide film is largely destroyed, at the same time
  • the destructive test method which consists in cutting out test strips from an already finished tape, followed by measuring the transition resistance between the foil and the coating by the contact method, is practically unacceptable for the following reasons. Firstly, the number of test samples to meet the requirements of representativeness of the sample is significant and they need to be cut from different sections of the tape. These areas should be evenly distributed over the area of the tape. Cutting samples will destroy the integrity of the tape and greatly complicates the subsequent process of manufacturing chemical current sources and supercapacitors. Secondly, the contact method for measuring the specific resistance of the coating material and the transition resistance between the current supply foil and the coating meets serious difficulties. Due to the need to have a developed surface with a large area, the coating is made highly porous.
  • the porosity is usually several tens of percent, and in some cases it exceeds 50%.
  • the surface of the coating layer due to the presence of significant open porosity is characterized by a very complex stochastic microrelief. By pressing the contact pad of the measuring electrode to this surface, we disrupt the surface microrelief. The area of the real ohmic contact of the coating and the contact pad will be different for each measurement, which introduces large errors in the measurement process.
  • the eddy current method and the electric capacitive method can be used.
  • the non-contact electric capacitive method involves the use of two or more coplanar plates located above the coating, with some air gap, as shown in Fig.l.
  • the process of interaction of the potential electric field of such an overhead coddenser with the control object 95 is displayed by the equivalent circuit shown in FIG. 2 for a two-plate capacitor.
  • I QQ capacitors connected in series. Each of these capacitors is formed by the corresponding lining of the patch capacitor 1 and the field-shielding surface of the aluminum foil. The connection of the plates of these formed condensates is carried out on a foil, the equivalent circuit ( Figure 2) schematically shows the connection point of these capacitors and is indicated as "file”.
  • Each of these plane-parallel capacitors contains three layers sequentially located in the field between its plates.
  • the capacity of the first layer which is the air gap between the capacitor plate and the coating surface, is indicated on the equivalent circuit ( Figure 2) as C g .
  • the second layer which is a slightly conductive coating, is displayed on
  • H Q equivalent circuit with a chain of parallel-connected resistors R m and C m.
  • the third layer is an Al 2 O 3 dielectric film formed on the surface of aluminum foil. On the equivalent circuit, it is mapped by the capacitance C d .
  • the Al 2 O 3 film thickness is very small, usually it does not exceed ten nanometers. Therefore, the capacitance value Cj is 3-4 orders of magnitude greater than the capacitances C m and C d jj g Accordingly, the capacitance of the oxide film is close to zero. Therefore, it is almost impossible to determine the presence or absence of an oxide film by changing the value of the total capacitance of the overhead capacitor.
  • a patch capacitor with coplanar plates can in some cases be used to determine the distance from its electrodes to the conductive
  • the non-contact eddy current method is used to measure the electromagnetic characteristics of conductive layers and coatings, their thickness, and to search for defects in the layers.
  • conductive material and the change in coil impedance is measured.
  • Discontinuities such as cracks, corrosion and surface characteristics lead to a change in the amplitude and phase of the eddy current and, accordingly, its response.
  • the eddy current signal can be distorted by a number of interfering factors that make the interpretation of the signal very difficult.
  • multilayer structures such as overlapped parts of airplanes (aircraft splices) include factors such as deflecting and skewing of the sensor due to surface deformation, changing the thickness of the paint, fixing parts, simulating the use of dissipation, changing the gap between the layers.
  • One-frequency testing gives little frequency for decreasing
  • the multifrequency eddy current control technique has been successfully used to test latent corrosion and subsurface cracks in overlapped parts of airplanes (aircraft lar srlises).
  • the eddy current method with four workers is used to determine the material loss due to corrosion in a two-layer structure
  • US Pat. No. 4,268,891 describes an eddy current sensor rotating in a mounting hole of a multilayer structure.
  • the output signal of the sensor undergoing filtration determines the presence of defects, and the sensor signal that is not subjected to filtering is used to determine the boundaries between the layers in
  • I ⁇ fasteners air gap between the layers of the structure.
  • the parameters of the intermediate layer and the thickness of the inspected structure are determined.
  • Quantitative measurements of defect parameters are carried out by comparing the signal magnitude with the calibration curve. The Fourier transform of the signals is used to obtain the amplitude-frequency characteristics.
  • US5206588 describes a device and a process for non-destructive measurements of the ohmic resistance of a thin layer using eddy currents.
  • the inductor is powered by a high-frequency current, its magnetic field induces eddy currents in the layer, which weaken the magnetic field of the coil.
  • 175 is part of a generating circuit that is always maintained in resonance by using phase-correcting circuits. Under these resonant conditions, the reactive parts of the generating circuit can be neglected and the current flowing in the generating circuit depends solely on the ohmic resistance of the inductor, the change of which is determined by the ohmic resistance
  • US 5,889,401 proposes a method of eddy current control of at least one layer located on a substrate. At least either a layer or a substrate
  • An inductance coil is used as a source of the primary field and a parameter meter of the secondary field formed by eddy currents induced in the conductive layer or substrate.
  • the primary magnetic field is generated at least at two frequencies.
  • the measured impedance values are used to determine the electromagnetic properties.
  • US5416411 describes a system for measuring the thickness of a ferromagnetic layer formed on the basis of a conductive layer.
  • the eddy current sensor may be located in direct mechanical contact with the ferromagnetic layer or may be located above its surface with an unknown gap. '' This clearance may be due to
  • An analog detector connected to the sensor provides output signals corresponding to the modulation of the sensor’s magnetic field by the ferromagnetic and conductive layers. These signals are used to find the thickness of the ferromagnetic layer and the magnitude
  • the matching function is calibrated by measuring at several test sites with a known ferromagnetic layer thickness and gap size. The interpolation procedure is used.
  • US5455910 describes an eddy current method for testing multilayer coarse-grained welds for defects. It is noted
  • US6524460 teaches a method for determining the characteristics of metal electrodes of ceramic sensors, where metal electrodes are sprayed as layers and subjected to subsequent annealing. The aim of the invention, as described in the text of the patent,
  • the second is the development of a simple, non-destructive and economical method capable of automation for the process of receiving sensors.
  • the amount and distribution of gold deposited, due to the fact that it is located in the protective layer is determined indirectly. This is done by measuring the thickness of the layer during the manufacturing process of the electrode and
  • the electrode is placed in the magnetic circuit of the coil, which is powered by a high-frequency current and the resulting impedance of the coil is measured using the LCR measuring circuit. It is noted that the coil can be connected to the resonant circuit using a capacitor.
  • the exciting and receiving coils located on different faces of the plate first pass electromagnetic energy in the forward direction - from the exciting to the receiving coil, and then the exciting and receiving coils change roles and the electromagnetic field energy is passed in the opposite direction. As a result, defects
  • the sensors generate a periodic magnetic field.
  • An excitation coil and an auxiliary device direct the electromagnetic field into the inspected plate.
  • the auxiliary device is a coil controlled by a signal,
  • Multilayer screens are also used to focus electromagnetic energy.
  • US6479990 discloses an eddy current measuring transducer comprising measuring and compensation sensors
  • the 240 made in the form of cylindrical inductors, as well as a measuring circuit, serves to determine the material properties of the object under study and its geometric parameters.
  • the method of operation of the measuring transducer includes the location of the object at a given distance from the measuring and compensation sensors, the measurement of impedance
  • the compensation sensor is spatially smaller than the measuring and
  • Temperature compensation involves subtracting the complex impedance of the compensation sensor from the complex impedance of the measuring sensor.
  • the object is located from the measuring sensor at a distance greater than the diameter sensor, in this case the own impedance of the measuring sensor is determined. Then the object approaches the measuring sensor and its impedance is measured again. Based on the values obtained, the introduced impedance is determined
  • DE10025580 proposes the calculation of the difference between the signals received at the controlled and reference objects, the determination of the corresponding correction, which should be introduced into the results of measurements of the electric parameter
  • the said correction can be introduced into the calculations performed after the measurements, and can be implemented in the form of adjusting the characteristics of the sensor.
  • GB2361065 describes a device for recording defects in electrically conductive materials by scanning large areas
  • the device contains several long narrow current-conducting elements, which are located in close proximity to the surface of the studied material, but do not come in contact with it. Using these elements, the material is scanned, and the conductivity of the material is determined by the value of the impedance to the alternating current flowing in the element.
  • US5191286 proposes a non-destructive method and a combined sensor for measuring the thickness of thin layers and coatings.
  • a magneto-inductive or, alternatively, eddy current method is used, giving measured values, which depend not only on the actual thickness of the layers, but also on the shape of the measured object.
  • the combined sensor has at least two different
  • the combined sensor includes a central exciting coil with a core and a number of sensitive receiving coils localized in the form of a grating.
  • the central excitation coil is powered by alternating current of the first frequency, inducing eddy currents initially in the upper part of the layered structure. Field of these
  • eddy currents are received by sensitive coils and analyzed to identify structural defects on the upper surface of the layered structure. Then the central coil is excited by an alternating current of a second, lower frequency, inducing eddy currents in the deeper layers of the structure. Signals recorded by sensitive coils at different frequencies together
  • Zoo are processed in order to highlight defects in various layers of the structure.
  • US6545469 discloses a method for inspecting a multilayer structure that includes an upper, lower, and at least one intermediate layer located between the upper and lower layers of the structure. The excitation of a test eddy current coil placed
  • the field of this coil induces eddy currents in the upper layer of the multilayer structure.
  • an intermediate layer can also be used as the upper one.
  • a supporting eddy current coil located between the upper and intermediate layers is excited. Signals of the test and reference coils
  • the proposed method also provides for the excitation of an additional test coil located between the intermediate and lower layers, which induces eddy currents in the lower layer. It is noted that one of the intermediate layers can also be used as the lower one. At the same time with
  • additional testing is excited and an additional support coil located between the same layers as the testing.
  • the signals of the additional test and additional support coils are compared to determine the location of the defect in the lower layer.
  • the eddy current method is used for resistivity evolute resistance between the metal strip of the current supply and
  • a combined measuring transducer comprising two eddy current sensors combined in a single structure is placed above the surface of a coating located on a metal tape
  • the first eddy current sensor on its working surface contains parallel current lines with the same direction of currents in the lines.
  • the introduced active resistance of the sensor normalized to its own inductive resistance, is used.
  • the choice of the operating frequency of the first sensor is carried out in accordance with the minimum frequency dependence of its relative introduced active resistance.
  • the second eddy current sensor on its working surface also contains parallel current lines, but with the opposite direction of the currents in adjacent lines. Current lines are oriented along the direction of movement of the current supply tape.
  • the input sensor resistance normalized to its own inductive is also used as a signal of the second sensor
  • the choice of the operating frequency of the second eddy current sensor is carried out in the post-extreme region of the hodograph of the current supply tape without impedance coating, so that the value of the applied resistance is no more than 10% of the maximum value. Using the values of the components of the introduced impedance of the second
  • the measurements of the first and second sensors are synchronized with
  • the value of-, relative introduced active resistance of the first sensor is corrected using the selected values of the introduced active resistance of the second sensor. Evaluation contact magnitude
  • the installation gap is the distance established between the outer surface of the coating and the working surface of the eddy current sensor.
  • the relative active resistance of the first sensor obtained when it is located above the uncoated tape corresponding to the operating frequency, is stored and subsequently used as a reference value. In the process of measurement, the difference of the relative
  • the working frequency of the second eddy current probe is limited from above by the boundary frequency, which is three times less than the frequency of the intrinsic resonance
  • the second sensor is positioned above the surface of the uncoated current supply tape located on the guide shaft at a distance equal to the sum of the installation clearance and coating thickness and the value of the relative introduced active resistance of the sensor is measured on its working
  • the second sensor is again positioned above the surface of the uncoated current supply tape at a distance equal to the thickness of the coating, and the value of the relative introduced inductance of the sensor is measured at its operating frequency. After that, the second sensor is installed directly on the surface of the uncoated current supply tape located on the guide shaft, and measured
  • the difference in the values of the relative introduced inductance of the second sensor, measured on the current supply tape with a zero gap at the boundary frequency and with an air gap equal to the thickness of the coating at the operating frequency, is determined. From the values of the relative introduced active resistance of the second sensor,
  • 4 ⁇ o is divided by the obtained difference of the relative introduced inductances of this sensor, making a multiplicative correction.
  • the values of the relative introduced active resistance of the second sensor are determined, due to eddy currents flowing only in the coating layer.
  • At least 200 preliminary measurements are carried out by the second sensor on the coated current lead tape in order to determine the initial average value of the active resistance imposed by the coating currents, which is then specified in the process working cycle of measurements.
  • At least 400 preliminary measurements are carried out on the coated current lead tape in order to determine
  • the magnitude of the contact resistance between the current supply tape and the coating is carried out in relation to the adjusted values
  • a device for contactless determination of the resistance between the current supply tape and the coating includes:
  • resonant means for measuring the relative introduced active resistance of the first eddy current sensor at its operating frequency; resonant means for measuring the relative introduced active resistance of the second eddy current sensor at its operating frequency; means for measuring the relative introduced inductance of the second eddy current sensor at the operating and boundary frequencies; means of three-channel analog-to-digital conversion of signals; block memorization; means for synchronizing measurements with the first and second sensors; a unit for determining a difference of the relative introduced active resistance of the first sensor and the reference signal; unit for determining the difference in the values of the relative introduced inductance of the second sensor, measured on
  • the first and second eddy current sensors are combined into a single structure and are located in it sequentially with respect to the movement of the tape, and their common
  • the working surface is part of the surface of a rectangular cylinder and is limited in width to the maximum width of one of the sensors, and in length to the total length of the sensors, taking into account the distance between them.
  • the total working surface of the sensors is coaxial to the surface of the current supply tape in the area of the shaft directing the movement of the tape.
  • the frame of the first eddy current sensor is a rectangle in cross section, while the working one is the concave surface of the frame closest to the coating with parallel unidirectional current lines located on it at a constant step, and not the working one - the convex surface of the frame on which parallel current lines of the opposite
  • the winding of the second eddy current sensor is concentrated on the concave surface of the frame closest to the coating and is a collection of parallel current lines with opposite directions of currents in adjacent lines and a constant distance between them.
  • the distance between the current lines of the first sensor is selected taking into account
  • the distance between the current lines of the second sensor is selected taking into account the need to ensure the minimum influence of the current lead foil on the value of its introduced active resistance. Attitude the length of the current lines located on the working surfaces of the first and second 485 sensors to the distance between the current lines is at least 10.
  • the distance between the end of the first sensor and the beginning of the second is not less than double the width of the cross-section of the frame of the first eddy current sensor.
  • each of the pair of converters is located at the same distance from the side edge of the current supply tape.
  • the smallest distance between the side face of the combined measuring transducer and the side edge of the coating on the current supply tape is not less than the height of the first eddy current sensor, and the distance between
  • the block for marking defective zones within which the relative value of the contact resistance between the current supply and the coating goes beyond the established tolerance makes marks for each combined 510 measuring transducer separately in different colors in accordance with the degree to which the contact resistance exceeds the upper tolerance limit.
  • FIG.l The overhead capacitor with two coplanar plates _.g located above the coated current lead strip: 1 - overhead capacitor plates, 2 - coating, 3 - insulating oxide film on the surface of the current supply tape (foil), 4 - current supply tape (foil).
  • Figure 2 An equivalent circuit of an overhead capacitor located above the coating on a current supply tape: C g - air gap capacity between
  • R m , C 1n is the resistance and capacity of the coating in the direction perpendicular to the surface
  • C d is the capacitance of the dielectric Al 2 O 3 film on the surface of the aluminum foil.
  • Fig. Z The arrangement of eddy current sensors relative to the coated current supply tape (the figure on the right is an enlarged version of the left drawing): 1 - a shaft directing the movement of the current supply tape, 2 - current supply tape (foil), 3 - the first eddy current sensor, 4 - the second eddy current sensor, 5 - general frame for mounting sensors; 6 - composite coating on a current supply tape;
  • T f is the thickness of the foil
  • T c is the thickness of the coating
  • d 0 is the installation gap of the sensors relative to the outer surface of the coating
  • Io is the distance between the sensors on their common frame
  • V 0 is the speed of the current lead.
  • T f is the thickness of the foil
  • T 0 is the thickness of the coating
  • d 0 is the installation gap of the sensors relative to the outer surface of the coating
  • V 0 is the speed of the current supply tape.
  • the location of the first eddy current sensor relative to the coated current supply tape (the figure above is a view in the direction of movement of the coated current supply tape, the figure below is a view in the direction perpendicular to the movement of the coated current supply tape): 1 - current supply tape (foil), 2 - coating , 3 - the surface of the shaft guide
  • T f is the thickness of the foil
  • T c is the thickness of the coating
  • d 0 is the installation gap of the sensors relative to the outer surface of the coating
  • D is the width of the frame
  • Fig. 8 Frequency characteristics of the relative introduced active resistance of the first eddy current sensor located above the composite coating layer (spinel layer LiMn 2 O 4 with a carbon sublayer),
  • coated current supply (the figure on the right is a view in the direction of movement of the coated current supply tape, the figure on the left is a view of the working surface of the sensor): 1 - current supply tape (foil), 2 - coating, 3 - surface of the shaft guiding the current supply tape , 4 - streamlines on
  • T f is the thickness of the foil
  • T 0 is the thickness of the coating
  • d (2) is the installation gap of the sensors relative to the outer surface of the coating, and is the distance between the current lines on the working surface of the sensor.
  • the combined measuring transducer contains two overhead parametric eddy current sensors, combined in a single design and located in it in series with respect to the movement of the tape.
  • the combined measuring transducer is located above the surface
  • the working surface of the transducer which is the common working surface of the first and second eddy current sensors, has a cylindrical character with a rectangular scan. In width, in a direction perpendicular
  • this surface is limited by the maximum width of one of the sensors. In length, in the direction of movement of the tape, this surface is limited by the total length of the sensors, taking into account the distance between them. All points on the working surface of the combined measuring transducer are at the same distance from the surface of the tape.
  • Fig.Z A diagram of the mutual arrangement of eddy current sensors and a coated current supply tape is shown in Fig.Z.
  • the sensor is oriented in such a way that the direction of the current lines coincides with the direction of movement of the current supply tape.
  • Figure 5 shows in cross section the relative position of the first eddy current sensor and the tape (foil) of the coated current lead, as well as the direction of eddy currents flow in the coated current lead foil. As follows from Figure 5, the eddy current paths induced by the field of the first dachik in the sample intersect the coated foil interface.
  • the eddy current flows sequentially through the foil region, the interface and the coating region.
  • the electrical conductivity of the metal foil is stable. Therefore, the magnitude of the eddy current and the configuration of each of its trajectories will depend on the contact resistance between the foil and the coating and on the electrical conductivity of the coating.
  • the eddy current flowing in the material along a circular path coaxial with the exciting cylindrical coil [2] is split by a long deep surface crack into two closed paths located on both sides of the crack.
  • the magnetic field defined by parallel current lines located at equal distances from each other and forming the working surface of the eddy current sensor is regular in nature, the eddy current density within the control section at the interface between the foil and the coating is constant.
  • T 0 25 ⁇ m
  • the choice of the working frequency of the first eddy current sensor is carried out at a point corresponding to the minimum of the frequency dependence of its relative introduced active resistance R a ( j / ⁇ Lo, when the sensor is located with
  • the measurement procedure using the first eddy current sensor has the following form.
  • the first sensor is positioned above the coating surface on a current supply tape located on the guide shaft, at a distance equal to the sum of the installation clearance and coating thickness d o + T c (Fig. H) and measure the frequency response of the applied sensor resistance R ad / ⁇ Lo. Then, the first sensor is positioned above the coating surface on a current supply tape located on
  • the winding of the second eddy current sensor is a collection of parallel current lines with the opposite direction of the current in adjacent lines and a constant distance between them (Figure 10). The winding is concentrated on the concave surface of the frame closest to the coating. Figure 10 is shown to the right.
  • a cross for each current line shows the current direction "to the drawing plane", and a dot - "from the drawing plane".
  • two current lines can be represented as an elementary two-wire line, and the magnetic field of the entire sensor can be calculated as a set of fields of these elementary two-wire lines.
  • the circuit with the maximum eddy current density is located directly at the interface (outer surface) of the conducting medium in the region of the maximum electric field strength. Further in depth, the eddy current density decreases exponentially, the index of which contains the product of the electrical conductivity of the medium by the frequency of the magnetic field. This situation is similar the case of eddy currents in a conducting medium using a short
  • eddy currents form circular contours coaxial with the coil, the planes of which are parallel to the working end of the cylindrical coil [2,3].
  • the circuit with the maximum eddy current density is located near the plane of the section of the conducting medium and air
  • the number 6 denotes eddy current lines of maximum density induced by the primary field of the second eddy current sensor in the coating layer. The direction of the eddy current in each of these lines is opposite to the direction of the current in the corresponding current line of the sensor. Number 7 on the same
  • the figure shows eddy current lines induced by the primary field of the eddy current sensor in the metal foil of the current lead.
  • the direction of the eddy current in each of these lines is opposite to the direction of the current in the corresponding current line of the sensor.
  • the magnetic field of the eddy currents flowing in the foil layer is significant. Accordingly, the inductance introduced into the eddy current sensor with a negative sign has a significant value. Due to the stable geometric parameters of the foil and its
  • the eddy current sensor has a natural resonance frequency, which is determined by its own inductance and stray capacitance between the linear conductors of the sensor. So that the intrinsic resonance of the sensor does not affect the measurement process, the working
  • the frequency of the second eddy current sensor is limited from above by the boundary frequency, which is three times less than the frequency of the self-resonance of the sensor.
  • the introduced active resistance When the frequency of the supply eddy current sensor increases, the introduced active resistance first increases, reaches a maximum, and then decreases.
  • the primary field of the sensor is attenuated by the eddy current field
  • the secondary field strength depends on the electrical conductivity ⁇ f and the thickness T f of the metal foil, the frequency and distance to the source of the primary field.
  • the secondary field strength can be characterized by the value an inductance sensor normalized to its own inductance.
  • the secondary field strength will be the greatest, as close as possible to the primary field of the sensor. Accordingly, the maximum value will also be the relative value of the inductance introduced into the sensor. Then the value of the difference field of the sensor, which is the working
  • the 915 for the coating layer can be determined by the difference between the two values of the relative introduced inductance of the sensor.
  • the first value is the maximum, it is obtained when the sensor is installed on the surface of the uncoated current supply foil located on the guide shaft, while the frequency of the sensor is set equal to its boundary frequency.
  • the second value is obtained when the sensor is positioned above
  • the surface of the foil also without coating located on the guide shaft, while the distance from the working surface of the sensor to the surface of the foil is set equal to the thickness of the coating T 0 , and the frequency of the sensor is set equal to its operating frequency.
  • the resulting difference depends only on the specific electrical conductivity of the foil material ⁇ f , the thickness of the foil T f , the working and boundary frequencies
  • the total value of the active resistance introduced into the second eddy current sensor which is a signal, depends not only on the resistance introduced by the eddy currents of the coating, but also on the resistance introduced by the eddy currents flowing in the current supply foil.
  • the introduced active resistance is determined by the power of the Joule losses due to the eddy current flowing in the conducting medium.
  • the eddy currents flowing in the coating layer and in the foil are independent, the value of their density according to Ohm's law is determined by the specific electrical conductivity of the flowing medium and the strength of the acting field. Therefore, the total
  • a 9 ⁇ 35 active resistance sensor can be represented as the sum of the active resistances introduced.
  • the first of them is due to eddy currents flowing in the coating. Its value, normalized to the intrinsic inductive resistance of the sensor, depends on the specific conductivity of the coating material ⁇ c , the value of the operating frequency co, the coating thickness T 0 and 940 of the installation clearance d 0 .
  • the second is due to eddy currents, flowing in the foil Its relative value depends on the specific conductivity of the foil material ⁇ f, the value of the operating frequency ⁇ , the thickness of the foil T f and the size of the installation gap d 0 .
  • L ad is the inductance introduced into the sensor
  • Lo is the intrinsic inductance of the eddy current sensor
  • co is the working frequency of the sensor field
  • ⁇ max is the boundary frequency of the sensor field
  • ⁇ f is the electrical conductivity of the foil material
  • ⁇ c is the electrical conductivity of the coating material
  • Tf - foil thickness T 0 is the thickness of the coating layer
  • d 0 - g__ quantity adjusting the gap between the working surface and the sensor surface of the coating
  • -rasst yanie between the current lines of the second sensor.
  • Example 3 The results of measurements by the second eddy current sensor, carried out using composite coatings deposited on aluminum foil, are shown in Example 3.
  • ком ⁇ онент TM From the total measured value of the relative introduced active resistance of the second eddy current sensor located above the moving tape of the current supply with the coating, the value of the relative introduced active resistance is subtracted, measured at the 'operating frequency when positioning the second sensor above the surface of the uncoated tape located on and o ⁇ _ the guide shaft, at a distance equal to the sum of the installation gap and coating thickness, performing an additive correction.
  • the additively adjusted value of the relative introduced active resistance of the second sensor located above the moving coated current supply tape is divided by the difference of the relative
  • the measurements are synchronized by the first and second sensors, taking into account the speed of uniform motion of the coated current supply tape so that both sensors measure on the same coating area.
  • the total eddy current resistance along its path will be mainly determined by the resistance in the coating area.
  • the value of the introduced active resistance linearly depends on the conductivity of the material. Therefore, with an increase in the conductivity of the coating, the value of the active resistance of the first sensor will increase, and with a decrease in conductivity, it will decrease. This introduces an error in the estimation of the resistance between the current supply foil
  • the signal of the second sensor extracted using the additive and multiplicative correction procedures is its relative introduced active resistance, due to eddy currents flowing only in the coating. As follows from the theory of eddy currents, this signal is proportional to 1000 of the electrical conductivity of the weakly conductive coating ⁇ c .
  • I ⁇ l5 We divide the area of the site located in the working area of the first sensor in this position into a finite number N of elementary sites. We assume that the interface between the foil and the coating within one elementary section is crossed by one elementary eddy current circuit. The current in the circuit will be relatively small, since it is mainly determined
  • the maximum difference ⁇ max corresponds to the minimum value of the contact resistance R m j n .
  • the ratio ⁇ of the contact resistance in this section R c0n to the minimum value of R m i P is equal to the ratio of the maximum difference ⁇ max to the difference determined in this test section:
  • a circuit for measuring the relative introduced active resistance of the sensor at its operating frequency is connected to the first eddy current sensor included in the resonant circuit.
  • a similar circuit is connected to the second eddy current sensor. Inductance measurement circuit
  • U70 of the second sensor is two-channel, it measures the introduced inductance at the operating frequency of the second sensor and at its cut-off frequency.
  • the output signals of these circuits in analog "form are fed to the input of a three-channel analog-digital converter.
  • a synchronization device connected to the measurement circuits of the introduced resistance of the first and second sensors, as well as to
  • Yu75 block defective zones marking synchronizes the readings of the first and second sensors, taking into account the speed of uniform movement of the current supply tape, so that these sensors measure in the same coverage area. After analog-to-digital conversion, the data enters the unit of a specialized computer, which can be implemented in hardware or software.
  • the values stored in the storage unit are used by the unit for determining the difference of the introduced inductances of the second sensor, the additive correction unit of the introduced active resistance of the second sensor,
  • the multiplicative correction block actually performs the division operation. 'The output signals of this block and the block of the current averaging are sent to the block for the correction of the difference of the relative introduced active resistance of the first sensor and the reference value.
  • the difference correction block multiplies the current value
  • the first and second sensors are combined into a single structure and are located in it sequentially with respect to the movement of the tape.
  • the total working surface of the sensors is part of the rectangular surface of the cylinder and is limited in width to the maximum width of one of the sensors, and in length to the total length of the sensors, taking into account the distance between them.
  • the total working surface of the sensors is coaxial to the surface of the current supply tape in
  • the frame of the first eddy current sensor in the section is a rectangle, while the working one is the concave closest to the coating the surface of the frame with parallel unidirectional current lines located on it with a constant pitch, but not working - a convex surface
  • the distance between the current lines of the first sensor is selected taking into account the need to ensure maximum constancy of the vector potential of the sensor field in the control zone.
  • the winding of the second eddy current sensor is concentrated on the concave closest to the coating
  • the distance between the current lines of the second sensor is selected taking into account the need to ensure the minimum influence of the current lead foil on the value of its introduced active resistance.
  • the ratio of the length of the current lines located on the working surfaces of the first and second sensors to the distance between the current lines is at least 10.
  • a pair of identical combined measuring transducers is used, each of which is located in the vicinity of its guide shaft, but above the different side jj 45 of the tape cover.
  • Each of the pair of converters is located at the same distance from the side edge of the current supply tape.
  • the smallest distance between the side face of the combined measuring transducer and the side edge of the coating on the current supply tape is not less than the height of the first eddy current sensor, and the distance between the adjacent side faces of adjacent combined transducers is not less than double the height of the first sensor.
  • the vector potential of the eddy magnetic field of the elementary two-wire cell of the first eddy current 1170 Sensor is calculated.
  • y is the length of the segment of the current line from the point of its intersection with the plane to the element dy ;
  • P 1 - the length of the segment lying in the plane and equal to the distance from the point of intersection of the plane with the current line to the observation point M.
  • Xo and Z 0 are the coordinates of the observation point M (Xo, Z 0 ).
  • the 1255 potential for the first curve is 1 mm, and for the second curve - 1.6 mm.
  • the probing eddy current lines with the maximum density in the coating layer are located more often than in the second case. This means that the selectivity of testing in the first case is higher than in the second.
  • the maximum absolute value of the vector potential for the first case is 1 mm, and for the second curve - 1.6 mm.
  • the eddy current density in the foil is lower and, correspondingly, the relative influence of the foil on the introduced resistance of the second eddy current sensor is lower in comparison with the coating layer.
  • Composite was used as a coating material of the following composition: MnO 2 - 85%, carbon - 5%, carbon black - 5%, binder - 5%.
  • a sensor of the first type conducted on samples of the initial foil etched chemically foil, as well as foil of the first and second type with a layer of carbon deposited on it.
  • the carbon layer was applied without prepressing, and in the second case, with subsequent prepressing.
  • the foil was etched in an alkali solution.
  • the carbon layer was prepared on
  • the frame of the eddy current sensor used for measurements in the section is a rectangle of 25x10 mm, the length of the frame is 35 mm.
  • On the working surface of the frame there were six parallel rectilinear copper conductors of circular cross section with the same length 1 35 mm,
  • FIG. 6 shows the frequency characteristics of the relative introduced active resistance of the sensor located above the carbon • coating layer
  • the interface between the foil and the coating does not form, which is apparently due to the presence of an insulating film of aluminum oxide on the surface of the foil.
  • the Joule losses due to the eddy current flowing in the carbon layer are added to the losses in the foil, increasing the introduced resistance Rad / ⁇ L Reserve.
  • Example 5 a smaller contact area with an etched surface of aluminum foil, characterized by increased roughness, there are a number of areas where ohmic contact is absent. Accordingly, part of the total eddy current in the foil closes in it and does not cross the interface.
  • Example 6 In this example, the results of eddy current measurements are considered.
  • Figure 9 shows the frequency characteristics of the relative introduced active resistance of the first eddy current sensor located above
  • the specific electrical conductivity of the composite coating material is much lower than the carbon conductivity, therefore, when coating a non-etched aluminum foil, the values of the relative introduced active resistance of the sensor R a d / coLo, measured in the frequency range,

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

MПK7 G 01N 27/90
«Bиxpeтoкoвoй метод и система бесконтактного определения сопротивление
В химических источниках тока весьма важным параметром является величина контактного сопротивления между металлическим токоподводом и композиционным покрытием. Это сопротивление зависит от площади омического контакта, которая определяется микрорельефом поверхности покрытия, а также наличием и суммарной площадью изолирующей пассивационной пленки, образующейся на поверхности токоподвода. Предлагается метод и вихретоковая система для бесконтактного определения сопротивления между лентой токоподвода и покрытием непосредственно в технологическом процессе изготовления химических источников тока и суперконденсаторов. Метод и система тестирования включают размещение комбинированного измерительного преобразователя, содержащего два накладных вихретоковых датчика над поверхностью покрытия, нанесенного на металлическую ленту токоподвода, в области направляющего движение ленты вала так, что все точки рабочей поверхности преобразователя находятся на одинаковом расстоянии от поверхности ленты. Производят измерение относительного внесенного активного сопротивления первого вихретокового датчика, токовые линии рабочей поверхности которого параллельны между собой и направлены вдоль направления движения ленты токоподвода, а направление токов в линиях одинаково. В качестве рабочей частоты этого датчика выбирают частоту, соответствующую минимуму частотной зависимости его внесенного активного • сопротивления. Производят измерение аналогичного параметра второго вихретокового датчика, токовые линии рабочей поверхности которого также параллельны между собой и направлены вдоль направления движения ленты токоподвода, но направления токов в соседних линиях противоположны. Выбор рабочей частоты второго датчика осуществляют в послеэкстремальной области годографа внесенного лентой токоподвода без покрытия импеданса так, чтобы величина внесенного активного сопротивления составляла не более 10% от максимального значения. С помощью процедур аддитивной и мультипликативной коррекции выделяют величину внесенного активного сопротивления второго датчика, обусловленную только вихревыми токами, протекающими в слое покрытия. Осуществляют синхронизацию измерений 0 первым и вторым датчиками с учетом скорости равномерного движения ленты токоподвода с покрытием так, чтобы оба датчика осуществляли измерения на одном и том же участке покрытия. Производят коррекцию сигнала первого датчика с использованием выделенных значений сигнала второго датчика. Еvаluаtiоп величины контактного сопротивления между лентой токоподвода и покрытием в процессе 5 движения ленты осуществляют с использованием скорректированных значений относительного внесенного активного .сопротивления первого вихретокового датчика.
Это изобретение относится к электрохимической промышленности, в частности к области технологического неразрушающего контроля в процессе 0 производства химических источников тока и суперконденсаторов.
В химических источниках тока: батареях, аккумуляторах, суперконденсаторах весьма важным параметром является величина контактного сопротивления между металлическим токоподводом и композиционным покрытием. Это покрытие выполняется с использованием порошкообразных материалов с ионной 5 проводимостью, добавок углерода, сажи и других материалов в различных комбинациях, которые затем скрепляются связующим. В качестве металла токоподвода обычно используется аллюминий. Удельная электрическая проводимость покрытия на несколько порядков ниже проводимости металла токоподвода.
50 Величина контактного сопротивления между токоподводом и покрытием зависит от площади омического контакта. Эта площадь определяется микрорельефом поверхности покрытия, а также наличием и суммарной площадью изолирующей пленки окиси аллюминия на поверхности токоподвода. При нанесения покрытия на ленту токоподвода окисная пленка в значительной степени разрушается, в то же
55 время для ряда покрытий (тонкие покрытия с высокой пористостью) сохраняется возможность последующего частичного восстановления этой пленки за счет диффузии кислорода из воздуха через слой покрытия, а также диффузии кислорода из внутренних пор покрытия.
Необходимость измерения сопротивления между лентой токоподвода и sς. покрытием на технологической линии, в процессе движения ленты обусловливает необходимость бесконтактности измерений. Механический контакт с поверхностью покрытия в процессе движения ленты приведет к разрушению высокопористой, хорошо развитой поверхности покрытия в месте контакта. Этому способствует небольшая толщина покрытия (100 - 150 мкм) и невысокая плотность материала покрытия (1,5 - 3,0 г/см3).
Разрушающий метод испытания, заключающийся в вырезании из уже готовой ленты с покрытием тестовых образцов, с последующим измерением переходного сопротивления между фольгой и покрытием контактным способом практически неприемлим по следующим причинам. Во-первых, количество тестовых образцов для выполнения требования представительности выборки значительно и вырезать их нужно из различных участков ленты. Эти участки должны быть равномерно распределены по площади ленты. Вырезка образцов разрушит целостность ленты и значительно усложняет последующий технологический процесс изготовления химических источников тока и суперконденсаторов. Во-вторых, контактный метод измерения удельного сопротивления материала покрытия и переходного сопротивления между фольгой токоподвода и покрытием встречает серьезные затруднения. Вследствии необходимости иметь развитую поверхность с большой площадью покрытие изготавливается высокопористым. Пористость составляет обычно несколько десятков процентов, а в ряде случаев она превышает 50%. Поверхность слоя покрытия из-за наличия значительной открытой пористости характеризуется весьма сложным стохастическим микрорельефом. Прижимая контактную площадку измерительного электрода к этой поверхности мы нарушаем микрорельеф поверхности. Площадь реального омического контакта покрытия и контактной площадки при каждом измерении будет разной, что вносит большие погрешности в процесс измерения.
Из всей совокупности бесконтактных методов контроля для измерения сопротивления между лентой токоподвода и покрытием в принципе, по своей физической сущности, могут быть использованы метод вихревых токов и электроемкостной метод. Рассмотрим возможность использования бесконтактного электроемкостного метода. Он предполагает использование двух или нескольких компланарных пластин, расположенных над покрытием, с некоторым воздушным зазором, как это показано на Фиг.l. При этом процесс взаимодействия потенциального электрического поля такого накладного кодденсатора с объектом контроля хорошо 95 отображается эквивалентной схемой, представленной на Фиг.2 для конденсатора из двух пластин.
Учитавая, что размеры пластин s накладного конденсатора значительно превышают расстояние от поверхности пластин 1 (Фиг.l) до поверхности алюминиевой фольги 4, фактически образуется цепь из двух плоскопараллельных
IQQ конденсаторов, включенных последовательно. Каждый из этих конденсаторов образуется соответствующей обкладкой накладного конденсатора 1 и экранирующей поле поверхностью алюминиевой фольги. Соединение пластин этих образовавшихся конденсатов осуществляется по фольге, на эквивалентной схеме (Фиг.2) схематично показана точка соединения этих конденсаторов и обозначена как "fоil".
JQ5 Каждый из этих плоскопараллельных конденсаторов содержит три слоя, последовательно расположенных в поле между его пластинами. Емкость первого слоя, представляющего собой воздушный зазор между пластиной конденсатора и поверхностью покрытия, обозначена на эквивалентной схеме (Фиг..2) как Cg. Второй слой, представляющий собой слабопроводящее покрытие, отображен на
HQ эквивалентной схеме цепочкой из параллельно соединенных резистора Rm и Cm.Tpeτий слой - это диэлектрическая пленка Al2O3, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги. На эквивалентной схеме она отображена емкостью Cd.
Толщина пленки Al2O3 весьма мала, обычно она не превышает десяти нанометров. Поэтому величина емкости Cj на 3-4 порядка больше емкостей Cm и Cd jjg Соответственно этому емкостное сопротивление окисной пленки близко к нулю. Поэтому определить наличие или отсутствие окисной пленки по изменению величины общей емкости накладного конденсатора практически невозможно.
Накладной конденсатор с компланарными пластинами в некоторых случаях можно использовать для определения расстояния от его электродов до проводящей
120 поверхности образца. Так, например, в патенте US 6593738 для измерения толщины тонких проводящих покрытий на разных структурах, в частности металлических пленок на диэлектрических или полупроводниковых дисках, применяется вихретоковый метод, однако с вихретоковым датчиком механически объединен электроемкостной датчик, который используется для определения расстояния до
12_ поверхности металлической пленки. Бесконтактный метод вихревых токов используется для измерения электромагнитных характеристик проводящих слоев и покрытий, их толщины, поиска дефектов в слоях.
В статье [1] предложено использовать многочастотный метод вихревых токов
230 Для определения степени коррозии в двуслойных структурах. Авторы статьи отмечают, что метод вихревых токов широко используется для выявления подповерхностных несплошностей в структурах летательных аппаратов. В рассматриваемой работе катушка, возбуждаемая синусоидальным переменным током (типичный частотный диапазон - от 50 Гц до 5 МГц) индуцирует вихревые токи в
235 электропроводящем материале и изменение импеданса катушки измеряется. Несплошности, такие как трещины, коррозия и характеристики поверхности приводят к изменению амплитуды и фазы вихревого тока и, соответственно, его отклика. В то же время сигнал вихревого тока может быть искажен рядом мешающих факторов, которые делают интерпретацию сигнала очень сложной. В случае
140 многослойных структур, таких как соединенные внахлест детали самолетов (аirсrаft sрliсе jоiпts) в число таких факторов входят: отвод и перекос датчика вследствии деформации поверхности, изменение толщины краски, детали крепления, simultапеоuslу оссuriпg disсопtiпuitiеs, изменение зазора между слоями.Одночастотное тестирование дает мало информации для уменьшения
145 влияния этих факторов. В настоящее время техника многочастотного вихретокового контроля успешно используется для тестирования скрытой коррозии и подповерхностных трещин в соединенных внахлест деталях самолетов (аirсrаft lар sрliсеs). В данной статье для определения потери материала в результате коррозии в двуслойной структуре используется вихретоковый метод с четырьмя рабочими
150 частотами: 30 кГц, 17 кГц, 8 кГц, 5.5 кГц.
В патенте US4268791 описывается вихретоковый датчик, вращающийся в отверстии крепления многослойной структуры. По выходному сигналу датчика, подвергающемуся фильтрации, определяют наличие дефектов, а сигнал датчика, не подвергающийся фильтрации, используется для определения границ между слоями в
.j __ многослойной структуре.
В патентах US4383218, US6037768 описываются вихретоковые инспектирующие системы для неразрушающего выявления дефектов в области многослойной проводящей структуры в окрестности места ее скрепления. В первом из них вихревые токи в структуре индуцируются апериодическим возбуждающим
160 током в катушке индуктивностию. Используются возбуждающая и принимающая катушки. Осуществляется компенсация изменения высоты крепежа и зазоров между промежуточными проводящими слоями в многослойной структуре. Во втором патенте вихретоковый преобразователь возбуждается пульсирующим током. Осуществляется фильтрация принимаемых сигналов. Индицируется присутствие
Iβζ крепежа, воздушного зазора между слоями структуры. В результате фильтрации определяются параметры промежуточного слоя, толщина инспектируемой структуры. Количественные измерения параметров дефектов осуществляются путем сравнения величины сигнала с калибровочной кривой. Используется Фурье- преобразование сигналов для получения амплитудно-частотных характеристик.
170 Применяется частотная фильтрация.
В патенте US5206588 описано устройство и процесс неразрушающих измерений омического сопротивления тонкого слоя с использованием вихревых токов. Катушка индуктивности питается высокочастотным током, ее магнитное поле наводит в слое вихревые токи, которые ослабляют магнитное поле катушки. Катушка
175 является частью генерирующей цепи, которая всегда подддерживается в резонансе путем использования фазо-корректирующих схем. При этих резонансных условиях реактивными частями генерирующей цепи можно пренебречь и ток, протекающий в генерирующей цепи, зависит исключительно от омического сопротивления катушки индуктивности, изменение которого определяется омическим сопротивлением
Igø тестируемого слоя.Использование параллельного резонансного контура, подключенного к генератору гармонических колебаний, для измерения электрической проводимости сред описано также в патенте FR2782802A1.
В патенте US 5889401 предложен метод вихретокового контроля как минимум одного слоя, расположенного на подложке. Как минимум либо слой либо подложка
185 проводят электрический ток. В качестве источника первичного поля и измерителя параметров вторичного поля, образованного вихревыми токами, наведенными в проводящем слое или подложке, используется катушка индуктивности. Первичное магнитное поле генерируется как минимум на двух частотвх. Измеренные значения внесенного импеданса используются для определения электромагнитных свойств
.„„ подложки и слоя, а также толщины слоя. В патенте US5416411 описана система для измерения толщины ферромагнитного слоя, формируемого на основе проводящего слоя. Вихретоковый датчик может быть расположен в прямом механическом контакте с ферромагнитным слоем или может быть расположен над его поверхностью с неизвестным зазором. ' Этот зазор может быть обусловлен
195 присутствием сверху неферромагнитного дополнительно непроводящего слоя или это может быть воздушный зазор над ферромагнитным слоем. Аналоговый детектор, подсоединенный к датчику, обеспечивает выходные сигналы, соответствующие модуляции магнитного поля датчика ферромагнитным и проводящим слоями.Эти сигналы используются для нахождения толщины ферромагнитного слоя и величины
2oo зазора.Функция соответствия калибруется путем измерений на нескольких тестовых объектах с известной толщиной ферромагнитного слоя и величиной зазора. Используется процедура интерполяции.
В патенте US5455910 описывается вихретоковый метод тестирования многослойных крупнозернистых сварных швов на отсутствие дефектов. Отмечается,
205 чт0 обнаружение трещин в сварном шве значительно усложняется из-за крупнозернистости материала в месте шва. В патенте US6524460 рассматривается метод определения характеристик металлических электродов керамических сенсоров, где металлические электроды напыляются как слои и подвергаются последующему отжигу. Целью изобретения, как описывается в тексте патента,
2ю является разработка простого, неразрушающего и экономичного метода, способного к автоматизации для процесса приемки сенсоров. В соответствии с предлагаемой процедурой тестирования количество и распределение напыленного золота, вследствии того, что оно располагается в защитном слое, определяется косвенно. Это делается путем измерения толщины слоя в процессе изготовления электрода и
2i5 соответствующих процедур сравнения с помощью вихретокового измерительного процесса. Для этого электрод помещается в магнитную цепь катушки, которая питается высокочастотным током и результирующий импеданс катушки измеряется с использованием LCR измерительной цепи. Отмечается, что катушка может быть включена в резонансную цепь с помощью конденсатора.
220 В ряде патентов рассматривается применение двух вихретоковых датчиков, работающих как правило на различных частотах для измерения свойств слоистых проводящих объектов, при этом используются различные процедуры коррекции измерительных сигналов. В патенте US6002251 метод вихревых токов используется для инспеции
225 аномалий в проводящих пластинах. Возбуждающая и приемная катушки, расположенные на разных гранях пластины сначала пропускают электромагнитную энергию в прямом направлении - от возбуждающей к приемной катушке, а затем возбуждающая и приемная катушки меняются ролями и энергия электромагнитного поля пропускается в обратном направлении.Вследствии этого дефекты
230 обнаруживаются с приблизительно равной чувствительностью, независимо от глубины их расположения в пластине.Датчики генерируют периодическое магнитное поле. Возбуждающая катушка и вспомагательное устройство направляют электромагнитное поле в инспектируемую пластину. В одном варианте конструкции вспомагательное устройство представляет собой катушку, управляемую сигналом,
235 который имеет фазу и амплитуду, связанные с соответствующими параметрами сигнала возбуждающей катушки.Для фокусировки электромагнитной энергии используются также многослойные экраны.
В патенте US6479990 рассматривается вихретоковый измерительный преобразователь, содержащий измерительный и компенсационный датчики,
240 выполненные в виде цилиндрических катушек индуктивности, а также измерительную цепь и служит для определения свойств материала исследуемого объекта и его геометрических параметров. Метод работы измерительного преобразователя включает расположение объекта на заданном расстоянии от измерительного и компенсационного датчиков, измерение импеданса
245 измерительного датчика на первой и второй заданных частотах, определение свойств материала, а также геометрических параметров объекта, основываясь на измеренных значениях импеданса с использованием компенсации температурного влияния на измерительный датчик с помощью сигнала, формируемого компенсационным датчиком. Компенсационный датчик пространственно меньше, чем измерительный и
250 расположен внутри измерительного. Витки обоих датчиков соосны, геометрические формы идентичны. Компенсационный датчик располагается так, что влияние исследуемого объекта на него является минимальным. Температурная компенсация заключается в вычитании комплексного импеданса компенсационного датчика из комплексного импеданса измерительного датчика. Для определения свойств
255 материала, а также геометрических параметров объекта сначала объект располагается от измерительного датчика на расстоянии, превышающем диаметр датчика, при этом определяется собственный импеданс измерительного датчика. Затем объект приближается к измерительному датчику и снова измеряется его импеданс. На основе полученных значений определяется внесенный импеданс
260 датчика, который и служит для определения электропроводности и геометрических размеров объекта с учетом используемой коррекции. В патенте DE10025580 предлагается вычисление разности между сигналами, полученными на контролируемом и эталонном объектах, определение соответствующей поправки, которую следует вводить в результаты измерений электрического параметра
265 контролируемого объекта. Указывается, что упомянутая поправка может вводится в вычисления, проводимые после измерений, а может реализовываться в форме настройки характеристик датчика.
В патенте GB2361065 описано устройство для регистрации дефектов в электропроводящих материалах посредством сканирования больших участков
270 материала.Устройство содержит несколько длинных узких проводящих ток элементов, которые располагаются в непосредственной близости к поверхности исследуемого материала, но не контактируют с ним. С использованием этих элементов сканируют материал, а электропроводность материала определяют по величине полного сопротивления переменному току, протекающему в элементе.
275 Наличие дефектов в материале приводит к локальному изменению электропроводности и, как следствие, к изменению полного сопротивления элемента, перемещающегося над дефектом. Элементы соединяются в симметричную мостовую схему. Такая мостовая схема не подвержена каким-либо влияниям вблизи исследуемого материала, кроме дефектов.
280 В патенте US5191286 предложен неразрушающий метод и комбинированный датчик для измерения толщины тонких слоев и покрытий. Используется магнито- индуктивный или, иначе, вихретоковый метод, дающий измеряемые величины, которые зависят не только от действительной толщины слоев, но также и от формы измеряемого объекта. Комбинированный датчик имеет как минимум две различные
285 катушки, при этом скорректированная толщина слоя рассчитывается на основании измерений двумя катушками. Катушки имеют различные средние диаметры, концентрически расположены, работают, в диапазоне высоких частот. Для вычисления толщины слоев используются компьютерные средства. В патенте US5399968 описывается .комбинированный вихретоковый датчик
290 Для обнаружения трещин в многослойны^ структурах. Комбинированный датчик включает центральную возбуждающую катушку с сердечником и ряд чувствительных, принимающих катушек, локализованных в виде решетки. Центральная возбуждающая катушка питается переменным током первой частоты, наводя вихревые токи первоначально в верхней части слоистой структуры. Поле этих
295 вихревых токов принимается чувствительными катушками и анализируется для выявления структурных дефектов на верхней поверхности слоистой структуры. Затем центральная катушка возбуждается переменным током второй, более низкой частоты, наводя вихревые токи в более глубоких слоях структуры. Сигналы регистрируемые чувствительными катушками на различных частотах совместно
Зоо обрабатываются с целью выделения дефектов в различных слоях структуры.
В патенте US6545469 рассматривается метод инспекции многослойной структуры, которая включает верхний, нижний, и, как минимум, один промежуточный слой, расположенный между верхним и нижним слоями структуры. Используется возбуждение тестирующей вихретоковой катушки, размещенной
305 между верхним и промежуточным слоями. При этом поле этой катушки наводит вихревые токи в верхнем слое многослойной структуры. Отмечается, что в качестве верхнего может использоваться и промежуточный слой. Одновременно с тестирующей возбуждается опорная вихретоковая катушка, расположенная между верхним и промежуточным слоями. Сигналы тестирующей и опорной катушек
320 сравниваются для определения места расположения дефекта в верхнем слое. Предлагаемый метод предусматривает также возбуждение дополнительной тестирующей катушки, расположенной между промежуточным и нижним слоями, которая наводит вихревые токи в нижнем слое. Отмечается, что в качестве нижнего может использоваться и один из промежуточных слоев. Одновременно с
315 дополнительной тестирующей возбуждается и дополнительная опорная катушка, расположенная между теми же слоями, что и тестирующая. Сигналы дополнительной тестирующей и дополнительной опорной катушек сравниваются для определения места расположения дефекта в нижнем слое.
Анализ приведенных выше патентов показывает, что метод вихревых токов
320 достаточно широко используется для бесконтактного измерения электромагнитных свойств и толщины слоев в слоистых структурах, выявления дефектов в слоях. И
Однако патентов посвященных бесконтактному измерению переходного сопротивления между металлической фольгой и тонким слабопроводящим композитным покрытием, электропроводность которого может изменяться в
325 зависимости от его плотности, изменения концентрации компонентов, гранулометрического состава, однородности массы композита после перемешивания компонентов, не обнаружено.
В соответствии с изобретением метод вихревых токов используется fоr сопtасtlеss еvаluаtiоп сопротивления между металлической лентой токоподвода и
Ззо слабопроводящим композитным покрытием в технологическом процессе изготовления химических источников тока.
Согласно изобретению комбинированный измерительный преобразователь, содержащий два вихретоковых датчика, объединенных в единую конструкцию, размещают над поверхностью покрытия, находящегося на металлической ленте
335 токоподвода, в области направляющего движение ленты вала так, что все точки рабочей поверхности преобразователя находятся на одинаковом расстоянии от поверхности ленты.
Первый вихретоковый датчик на своей рабочей поверхности содержит параллельные токовые линии с одинаковым направлением токов в линиях. Токовые
340 линии ориентированы вдоль направления движения ленты токоподвода. В качестве сигнала используют внесенное активное сопротивление датчика, нормированное к его собственому индуктивному сопротивлению. Выбор рабочей частоты первого датчика осуществляют в соответствии с минимумом частотной зависимости его относительного внесенного активного сопротивления.
345 Второй вихретоковый датчик на своей рабочей поверхности также содержит параллельные токовые линии, но с противоположным направлением токов в соседних линиях. Токовые линии ориентированы вдоль направления движения ленты токоподвода. В качестве сигнала второго датчика также используют внесенное активное сопротивление датчика, нормированное к его собственому индуктивному
350 сопротивлению. Выбор рабочей частоты второго вихретокового датчика осуществляют в послеэкстремальной области годографа внесенного лентой токоподвода без покрытия импеданса так, чтобы величина внесенного активного сопротивления составляла не более 10% от максимального значения. С использованием значений составляющих внесенного импеданса второго
355 датчика, полученных при измерении на ленте токоподвода без покрытия и с покрытием, и последующих процедур аддитивной и мультипликативной коррекции выделяют величину относительного внесенного активного сопротивления второго датчика, обусловленную только вихревыми токами, протекающими в слое покрытия.
Осуществляют синхронизацию измерений первого и второго датчиков с
Збо учетом скорости равномерного движения ленты токоподвода с покрытием так, чтобы оба датчика осуществляли измерения на одном и том же участке покрытия.
Производят коррекцию величины-, относительного внесенного активного сопротивления первого датчика с использованием выделенных значений внесенного активного сопротивления второго датчика. Еvаluаtiоп величины контактного
365 сопротивления между лентой токоподвода и покрытием на различных участках в процессе движения ленты осуществляют с использованием скорректированных значений относительного внесенного активного сопротивления первого вихретокового датчика.
Измеряют частотную характеристику относительного внесенного активного
370 сопротивления первого датчика, располагая его над поверхностью ленты токоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, на расстоянии, равном сумме величины установочного зазора и толщины покрытия. Установочный зазор — это расстояние установленное между внешней поверхностью покрытия и рабочей поверхностью вихретокового датчика. Позиционируют первый датчик над
375 поверхностью покрытия на ленте токоподвода, расположенной на направляющем вале, на расстоянии, равном величине установочного зазора, и снова измеряют частотную характеристику относительного внесенного активного сопротивления. Определяют частоту, соответствующую минимуму частотной характеристики относительного внесенного сопротивления при расположении первого датчика над
380 покрытием на ленте токоподвода, которую принимают в качестве рабочей частоты первого датчика. Запоминают относительное внесенное активное сопротивление первого датчика, полученное при его расположении над лентой без покрытия, соответствующее рабочей частоте, и используют его впоследствии как эталонное значение. В процессе измерений определяют разность относительного внесенного
„„- активного сопротивления первого датчика, расположенного над движущейся лентой токоподвода с покрытием, и эталонного значения, которое является сигналом первого датчика..
Рабочую частоту второго вихретоковоrо датчика ограничивают сверху граничной частотой, которая в три раза меньше частоты собственного резонанса
390 датчика.
Позиционируют второй датчик над поверхностью ленты токоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, на расстоянии, равном сумме величины установочного зазора и толщины покрытия и измеряют значение относительного внесенного активного сопротивления датчика на его рабочей
395 частоте. Затем снова позиционируют второй датчик над поверхностью ленты токоподвода без покрытия на расстоянии, равном толщине покрытия, и измеряют значение относительной внесенной индуктивности датчика на его рабочей частоте. После этого устанавливают второй датчик непосредственно на поверхности ленты токоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, и измеряют
400 относительную внесенную индуктивность датчика на граничной частоте.
Определяют разность значений относительной внесенной индуктивности второго датчика, измеренных на ленте токоподвода с нулевым зазором на граничной частоте и с воздушным зазором, равным толщине покрытия, на рабочей частоте.Из значений относительного внесенного активного сопротивления второго датчика,
405 расположенного над движущейся лентой токоподвода с покрытием вычитают одноименное значение, измеренное на рабочей частоте при позиционировании второго датчика над поверхностью ленты без покрытия на расстоянии равном сумме величины установочного зазора и толщины покрытия, осуществляя аддитивную коррекцию. Аддитивно скорректированные значения сопротивления второго датчика
4χo делят на полученную разность относительных внесенных индуктивностей этого датчика, осуществляя мультипликативную коррекцию. Используя скорректированные значения и учитывая величину установочного зазора, получают значения относительного внесенного активного сопротивления второго датчика, обусловленные вихревыми токами, протекающими только в слое покрытия.
415 Перед началом рабочего цикла измерений осуществляют не менее 200 предварительных измерений вторым датчиком на ленте тоководвода с покрытием с целью определения начального среднего значения относительного, внесенного токами покрытия активного сопротивления, которое затем уточняется в процессе рабочего цикла измерений. Сигнал первого вихретокового датчика корректируют 420 путем умножения его на коэффициент Y = R011 IR^ , представляющий собой отношение внесенного токами покрытия активного сопротивления второго датчика к его текущему среднему значению.
Перед началом рабочего цикла измерений осуществляют не менее 400 предварительных измерений на ленте тоководвода с покрытием с целью определения
425 начального максимального значения сигнала первого датчика, скорректированного сигналом второго датчика, которое затем уточняется в процессе рабочего цикла измерений.
Оценка величины контактного сопротивления между лентой токоподвода и покрытием осуществляют по отношению скорректированных величин
430 максимального сигнала первого датчика к сигналу в данном месте контроля, которое прапорционально отношению контактного сопротивления в данном месте контроля к его усредненному минимальному значению. Задают технологический допуск, т.е. верхнюю границу диапазона, в пределах которого допустимо изменение относительной величины контактного сопротивления. Осуществляют контроль за
435 выходом относительной величины контактного сопротивления за пределы допуска и при этом производят отметки на поверхности покрытия различными цветами в соответствии со степенью превышения верхней граница допуска.
Устройство для бесконтактного определения сопротивления между лентой токоподвода и покрытием включает :
440 резонансные средства для измерения относительного внесенного активного сопротивления первого вихретокового датчика на его рабочей частоте; резонансные средства для измерения относительного внесенного активного сопротивления второго вихретокового датчика на его рабочей частоте; средства для измерения относительной внесенной индуктивности второго вихретокового датчика на рабочей и граничной частотах; средства трехканального аналогоцифрового преобразования сигналов; блок запоминания; средства синхронизации измерений первым и вторым датчиками; блок определения разности относительного внесенного активного сопротивления первого датчика и эталонного сигнала; блок определения разности значений относительной внесенной индуктивности второго датчика, измеренных на
450 ленте токоподвода с нулевым зазором на граничной частоте и с воздушным зазором, равным толщине покрытия, на рабочей частоте; блок аддитивной коррекции относительного внесенного активного сопротивления второго вихретокового датчика; блок мультипликативной коррекции относительного внесенного активного сопротивления второго вихретокового датчика; блок текущего усреднения
455 скорректированных значений относительного внесенного активного сопротивления второго датчика; блок коррекции разности относительного внесенного активного сопротивления первого датчика и эталонного сигнала с использованием скорректированных значений сигнала второго датчика; блок текущего определения максимальной скорректированной разности для первого датчика; блок еvаluаtiоп и
460 регистрации контактного сопротивления между лентой токоподвода и покрытием в месте контроля; блок контроля выхода за границе допуска; цифроаналоговый преобразователь; блок отметки дефектных зон на поверхности покрытия.
Первый и второй вихретоковые датчики объединены в единую конструкцию и расположены в ней последовательно по отношению к движению ленты, а их общая
465 рабочая поверхность является частью поверхности цилиндра с прямоугольной разверткой и ограничена по ширине максимальной шириной одного из датчиков, а по длине - суммарной длиной датчиков с учетом расстояния между ними. Общая рабочая поверхность датчиков коаксиальна поверхности ленты токоподвода в области вала, направляющего движение ленты.
470 Каркас первого вихретокового датчика в сечении представляет собой прямоугольник, при этом рабочей является ближайшая к покрытию вогнутая поверхность каркаса с расположенными на ней с постоянным шагом параллельными однонаправленными токовыми линиями, а не рабочей - выпуклая поверхность каркаса на которой расположены параллельные токовые линии противоположного
475 направления. Обмотка второго вихретокового датчика сосредоточена на ближайшей к покрытию вогнутой поверхности каркаса и представляет собой совокупность параллельных токовых линий с противоположным направлением токов в соседних линиях и постоянным расстоянием между ними.
Расстояние между токовыми линиями первого датчика выбирается с учетом
480 необходимости обеспечения максимального постоянства векторного потенциала поля датчика в зоне контроля. Расстояние между токовыми линиями второго датчика выбирается с учетом необходимости обеспечения минимального влияния фольги токоподвода на величину его внесенного активного сопротивления. Отношение длины токовых линий, расположенных на рабочих поверхностях первого и второго 485 датчиков к расстоянию между токовыми линиями составляет не менее 10.
Расстояние между концом первого датчика и началом второго составляет не менее двойной ширины сечения каркаса первого вихретокового датчика.
В случае двустороннего покрытия ленты токоподвода используется пара
490 идентичных комбинированных измерительных преобразователей, каждый из которых расположен в окрестности своего направляющего вала, но над различной стороной покрытия ленты. При этом каждый из пары преобразователей расположен на одном и том же расстоянии от боковой кромки ленты токоподвода.
Несколько комбинированных измерительных преобразователей расположены
495 нaД поверхностью покрытия на ленте токоподвода и закреплены на одной образующей, ориентированной перпендикулярно боковой кромке ленты токоподвода, при этом расстояние между преобразователями одинаково. В случае двустороннего покрытия используется несколько пар измерительных преобразователей, причем преобразователи, расположенные над одной стороной
500 покрытия, и преобразователи, расположенные над противоположной стороной, закреплены на отдельных образующих, ориентированных перпендикулярно боковой кромке ленты. Наименьшее расстояние между боковой гранью комбинированного измерительного преобразователя и боковой кромкой покрытия на ленте токоподвода составляет не менее высоты первого вихретокового датчика, а растояние между
505 ближайшими друг к другу боковыми гранями соседних комбинированных преобразователей составляет не менее двойной высоты первого датчика.
Блок отметки дефектных зон в пределах которых относительная величина контактного сопротивления между токоподводом и покрытием выходит за пределы установленного допуска, производит отметки для каждого комбинированного 510 измерительного преобразователя отдельно различными цветами в соответствии со степенью превышения величиной контактного сопротивления верхней границы допуска.
Суть изобретения поясняется рисунками, где представлены: Фиг.l. Накладной конденсатор с двумя компланарными пластинами, _.g расположенными над лентой токоподвода с покрытием : 1- пластины накладного конденсатора, 2 - покрытие, 3- изолирующая окисная пленка на поверхности ленты (фольги) токоподвода, 4 - лента (фольга) токоподвода. Фиг.2. Эквивалентная схема накладного конденсатора, расположенного над покрытием на ленте токоподвода: Cg - емкость воздушного зазора между
520 соответствующей пластиной конденсатора и внешней поверхностью покрытия, Rm, C1n - сопротивление и емкость покрытия в направлении, перпендикулярном поверхности, Cd - емкость диэлектрической пленки Al2O3 на поверхности алюминиевой фольги.
§25 Фиг.З. Схема расположения вихретоковых датчиков относительно ленты токоподвода с покрытием (рисунок справа является укрупненным вариантом левого рисунка): 1- вал, направляющий движение ленты токоподвода, 2 - лента (фольга) токоподвода, 3 - первый вихретоковый датчик, 4 - второй вихретоковый датчик, 5 - общий каркас крепления датчиков, 6 - композитное покрытие на ленте токоподвода;
530 Tf - толщина фольги, Tc- толщина покрытия, d0 - величина установочного зазора датчиков относительно внешней поверхности покрытия, Io - расстояние между датчиками на их общем каркасе, V0 - скорость движения ленты токоподвода.
Фиг.4. Схема расположения ' комбинированных измерительных преобразователей в случае двустороннего покрытия ленты (фольги) токоподвода : 1-
535 первый комбинированный преобразователь, содержащий два вихретоковых датчика, 2- второй комбинированный преобразователь, содержащий два вихретоковых датчика ; Tf - толщина фольги, T0- толщина покрытия, d0 - величина установочного зазора датчиков относительно внешней поверхности покрытия, V0 - скорость движения ленты токоподвода.
540 Фиг.5. Расположение первого вихретокового датчика относительно ленты токоподвода с покрытием (рисунок сверху представляет собой вид в направлении движения ленты токоподвода с покрытием, рисунок снизу представляет собой вид в направлении, перпендикулярном движению ленты токоподвода с покрытием) : 1- лента (фольга) токоподвода, 2 - покрытие, 3 - поверхность вала, направляющего
545 движение ленты токоподвода, 4 - линии тока на рабочей поверхности каркаса датчика, 5 - линии тока на противоположной поверхности каркаса датчика, 6 — вихревые токи в фольге с покрытием, 7 - линии напряженности магнитного поля датчика ; Tf - толщина фольги, Tc- толщина покрытия, d0 - величина установочного зазора датчиков относительно внешней поверхности покрытия, D - ширина каркаса
550 датчика. Фиг.б. Частотные характеристики относительного внесенного активного сопротивления первого вихретокового датчика, расположенного над слоем покрытия из углерода, нанесенного на непротравленную алюминиевую фольгу токоподвода : 1 — непротравленная (гладкая) алюминиевая фольга толщиной Tf = 25 мкм без
555 покрытия, 2 — непротравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем углерода толщиной Tc = 23 мкм без подпрессовки, 3 - непротравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем углерода толщиной Tc = 23 мкм, подпрессованным усилием 3 тонны.
Фиг.7. Частотные характеристики относительного внесенного активного
56Q сопротивления первого вихретокового датчика, расположенного над слоем покрытия из углерода, нанесенного на протравленную алюминиевую фольгу токоподвода : 1 - протравленная химическим путем алюминиевая фольга толщиной Tf = 11 мкм (после травления) без покрытия, 2 - протравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем углерода толщиной Tc = 23 мкм без подпрессовки, 3 - протравленная
565 алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем углерода толщиной T0 = 23 мкм, подпрессованным усилием 3 тонны.
Фиг.8. Частотные характеристики относительного внесенного активного сопротивления первого вихретокового датчика, расположенного над слоем композиционного покрытия (слой шпинели LiMn2O4 с подслоем углерода),
570 нанесенного на протравленную алюминиевую фольгу токоподвода : 1 - протравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нее композиционным покрытием, состоящим из слоя шпинели толщиной Tci=120 мкм и подслоя углерода толщиной Tc2 = 25 мкм без подпрессовки, 2 - протравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нее композиционным покрытием, состоящим из слоя шпинели
575 толщиной Tcl=120 мкм и подслоя углерода толщиной Tc2 = 25 мкм, который подпрессован усилием 3 тонны.
Фиг.9. Частотные характеристики относительного внесенного активного сопротивления первого вихретокового датчика, расположенного над протравленнной алюминиевой фольгой и слоем композитного покрытия, нанесенного на
580 протравленную алюминиевую фольгу токоподвода : 1 - протравленная химическим путем алюминиевая фольга толщиной Tf = 11 мкм без покрытия, 2 - протравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем композитного покрытия (MnO2 с добавками углерода и сажи) толщиной T0 = 100 мкм. Фиг.10. Расположение второго вихретокового датчика относительно ленты
585 токоподвода с покрытием (рисунок справа представляет собой вид в направлении движения ленты токоподвода с покрытием, рисунок слева представляет собой вид на рабочую поверхность датчика) : 1- лента (фольга) токоподвода, 2 - покрытие, 3 - поверхность вала, направляющего движение ленты токоподвода, 4 - линии тока на
590 рабочей поверхности каркаса датчика, 5 - каркас датчика, 6 - полоса вихревых токов в покрытии, 7- полоса вихревых токов в фольге ; Tf - толщина фольги, T0- толщина покрытия, dо - величина установочного зазора датчиков относительно внешней поверхности покрытия, а - расстояние между токовыми линиями на рабочей поверхности датчика.
595 Фиг.l l. Изменение нормированной величины векторного потенциала магнитного поля первого вихретокового датчика, состоящего из двух токовых линий, расположенных на расстоянии 1 mm друг от друга, в направлении, перпендикулярном этим линиям по оси х на высоте z=0.4 mm над плоскостью двупроводной линии: токовые линии расположены в точках Xi=I mm, x2=2 mm,
600 Ao=μol/2π, где μo=4π- 10"7 Н/m, I - величина тока в токовой линии.
Фиг.12. Изменение нормированной величины векторного потенциала магнитного поля первого вихретокового датчика, состоящего из двух токовых линий, расположенных на расстоянии 1,6 mm друг от друга, в направлении, перпендикулярном этим линиям по оси х на высоте z=0.4 mm над плоскостью
605 двупроводной линии: токовые линии расположены в точках X1= 1,6 mm, x2 =3,2 mm, A0=μ0I/2π, где μo=4π- 10~7 Н/m, I - величина тока в токовой линии.
Фиг.13. Изменение нормированной величины векторного потенциала магнитного поля второго вихретокового датчика, состоящего из двух токовых линий, в направлении, перпендикулярном этим линиям по оси х на высоте z=0.3 mm над
610 плоскостью двупроводной линии: кривая 1 соответствует токовым линиям, расположенным на расстоянии 1 mm друг от друга в точках Xi=I mm, x2=2 mm; кривая 2 соответствует токовым линиям, расположенным на расстоянии 1,6 mm друг от друга в точках X1= 1,6 mm, x2=3,2 mm, A0=μol/2π, где μo=4π-Ю"7 Н/m, I - величина тока в токовой линии.
615 Фиг.14. Годографы внесенного импеданса второго вихретокового датчика, расположенного над алюминиевой фольгой (кривая 1) и над покрытием, нанесенным на алюминиевую фольгу (кривая 2), а также годограф короткой цилиндрической катушки индуктивности (кривая 3) : алюминиевая фольга толщиной Tf =25 mkm, композитное покрытие на основе MnO2 толщиной Tc=IOO mkm. g20 Фиг.15. Функциональная схема системы для бесконтактного определения методом вихревых токов сопротивления между лентой токоподвода и покрытием при изготовлении химических источников тока и суперконденсаторов: 1 - вал, направляющий движение ленты токоподвода, 2 - лента токоподвода с покрытием, 3 -
525 первый вихретоковый датчик, 4 - второй вихретоковый датчик..
Комбинированный измерительный преобразователь содержит два накладных параметрических вихретоковых датчика, объединенных в единую конструкцию и расположенных в ней последовательно по отношению к движению ленты. Комбинированный измерительный преобразователь размещен над поверхностью
530 покрытия, находящегося на металлической ленте (фольге) токоподвода в области направляющего движение ленты кругового цилиндрического вала. Рабочая поверхность преобразователя, представляющая собой общую рабочую поверхность первого и второго вихретоковых датчиков, имеет цилиндрический характер с прямоугольной разверткой. По ширине, в направлении, перпендикулярном
535 движению ленты, эта поверхность ограничена максимальной шириной одного из датчиков. По длине, в направлении движения ленты, эта поверхность ограничена суммарной длиной датчиков с учетом расстояния между ними. Все точки рабочей поверхности комбинированного измерительного преобразователя находятся на одинаковом расстоянии от поверхности ленты. Таким образом, рабочая поверхность
540 преобразователя коаксиальна поверхности ленты в области направляющего вала. Схема взаимного расположения вихретоковых датчиков и ленты токоподвода с покрытием показана на Фиг.З.
В случае двустороннего покрытий ленты токоподвода используются два комбинированных измерительных преобразователя. Один из них располагается в
645 окрестности первого вала, направляющего движение ленты, как показано на Фиг.З. Другой располагается в окрестности второго вала с тем же установочным зазором d0, но относительно поверхности покрытия, находящегося на другой стороне ленты токоподвода, как показано на Фиг.4.
Каркас первого вихретокового датчика комбинированного измерительного
,_„ преобразователя в сечении представляет собой прямоугольник. Рабочей является ближайшая к покрытию вогнутая поверхность каркаса, как показано на Фиг.З, с расположенными на ней с постоянным шагом параллельными токовыми линиями. Направление токов в линиях одинаково. Не рабочей является противоположная выпуклая поверхность каркаса с расположенными на ней параллельными токовыми
655 линиями противоположного направления. Датчик ориентирован таким образом, что направление токовых линий совпадает с направлением движения ленты токоподвода.
В качестве информационного сигнала первого вихретокового датчика, фиксируемого в процессе движения ленты токоподвода с покрытием, используется внесенное активное сопротивление, нормированное к его собственному
660 индуктивному сопротивлению, Rad/ωLo. На Фиг.5 показано в сечении взаимное расположение первого вихретокового датчика и ленты (фольги) токоподвода с покрытием, а также направление протекания вихревых токов в фольге токоподвода с покрытием. Как следует из Фиг.5, траектории вихревых токов, индуцированных полем первого дачика в образце, пересекают границу раздела фольги с покрытием.
665 При этом вихревой ток последовательно протекает через область фольги, границе раздела и область покрытия. Электрическая проводимость металлической фольги является величиной стабильной. Поэтому величина вихревого тока и конфигурация каждой его траектории будет зависеть от контактного сопротивления между фольгой и покрытием и от удельной электрической проводимости покрытия.
670 Поверхность алюминиевой фольги, расположенной в воздушной среде, покрыта тонкой пленкой окиси аллюминия (Al2O3). В процессе нанесения покрытия на движущуюся фольгу на соаtiпg машине эта пленка в значительной степени разрушается. Однако, как показывают проведенные исследования, разрушение пленки при нанесении покрытия происходит не полностью. Кроме того, при тонких
675 покрытиях с невысокой плотностью и высокой пористостью может происходить диффузия молекул кислорода из воздуха через покрытие к поверхности фольги, а также диффузия кислорода из внутренних пор покрытия.
Контактное сопротивление алюминиевой фольги с покрытием на контролируемом участке обратно прапорционально площади омического контакта
680 между фольгой и покрытием, т.е. обратно прапорционально площади контролируемого участка, где отсутствует изолирующая окисная пленка. Таким образом, чем больше площадь участка, на котором изолирующая пленка разрушена, тем меньше величина контактного сопротивления между фольгой и покрытием и наоборот. В химических источниках тока, суперконденсаторах алюминиевая фольга
685 выполняет роль токоподвода, т.е предназначена для того, чтобы передать ток композитному покрытию и принять ток от него. Поэтому величина контактного сопротивления играет в этих элементах очень важную роль, в значительной степени определяющую скорость заряда/разряда элемента.
Если в некоторой области контакта фольги и покрытия присутствует
690 изолирующая окисная пленка, то вихревой ток, протекающий в этой области, не пересекает границу раздела фольги и покрытия. При этом образуются две отдельные замкнутые траектории вихревого тока, одна из них располагается в слое фольги, а другая - в слое покрытия. Аналогичная картина возникает при вихретоковой дефектоскопии поверхностных трещин в проводящих материалах в случае
695 использования накладного вихретокового датчика в виде, например, короткой цилиндрической катушки индуктивности. В этом случае вихревой ток, текущий в материале по круговой траектрии, соосной с возбуждающей цилиндрической катушкой [2], разбивается длинной глубокой поверхностной трещиной на две замкнутые траектории, расположенные по обе стороны от трещины.
700 В этиx ситуациях: при отсутствии изолирующей окисной пленки, когда образуется общая траектория вихревого тока, последовательно протекающего через слой фольги, границу раздела, слой покрытия и возвращающегося в фольгу, и при наличии изолирующей пленки, когда вихревые токи замыкаются отдельно в слое фольги и отдельно в слое покрытия не пересекая границу раздела, величина
705 импеданса вихретокового датчика будет различной. Поэтому, фиксируя составляющие внесенного импеданса вихретокового датчика, можно определить наличие изолирующей окисной пленки в области контроля. Силовые линии вихревого магнитного поля датчика, проникая в образец, как показано на Фиг.5, индуцируют вокруг себя множество замкнутых траекторий вихрового тока. Так как
710 магнитное поле, задаваемое параллельными линиями тока, расположенными на одинаковых расстояниях друг от друга и образующими рабочую поверхность вихретокового датчика, имеет регулярный характер, плотность вихревого тока в пределах рабочего участка контроля на границе раздела фольги и покрытия постоянна. Таким образом появляется возможность определить наличие или
71 - отсутствие изолирующей окисной пленки практически во всех точках поверхности раздела фольги и покрытия. А от величины площади омического контакта в пределах участка контроля зависит общее на участке контроля контактное сопротивление между фольгой и покрытием.
Как показали проведенные экспериментальные исследования с покрытиями из
720 углерода, а также с композитными покрытиями, состоящими из слоя углерода и слоя шпинели (LiMn2O4), с композитными покрытиями на основе MnO2, величина внесенного реактивного сопротивления первого вихретокового датчика, нормированного к его собственному индуктивному сопротивлению изменялась ненамного, в пределах 10%. Значительно больший диапазон изменения наблюдался
725 Для относительного внесенного активного сопротивления датчика. Поэтому величина этого параметра датчика и фиксировалась в качестве информационного сигнала.
Измерение частотных характеристик относительного внесенного активного сопротивления первого вихретокового датчика, расположенного над алюминиевой фольгой с различной толщиной без покрытия показало, что эти характеристики
730 имеют минимум. Эти характеристики показаны на Фиг.б и Фиг.7 (Зависимость на Фиг.б, обозначенная номером 1, снята для алюминиевой фольги с гладкой поверхностью, имеющей толщину T0=25 мкм, зависимость на Фиг.7, также обозначенная номером 1, снята для протравленной в щелочи алюминиевой фольги и, соответственно этому, с шероховатой поверхностью, имеющей толщину T0= 11 мкм).
735 Помимо общего экстремального характера этих кривых следует отметить, что для гладкой непротравленной фольги, имеющей более значительную толщину, величина относительного внесенного активного сопротивления Racj/ωLo в среднем более чем в два раза ниже, чем для протравленной, фольги с шероховатой поверхностью, имеющей меньшую толщину. Отмеченные факты объясняются следующим образом.
740 Снижение внесенного активного сопротивления Rad/ωL0 с увеличением частоты в доэкстремальной области связано с уменьшением сечения трубки вихревого тока при его вытеснении к поверхности фольги за счет скин - эффекта [2]. При этом величина вихревого тока уменьшается, соответственно этому снижается мощность омических (джоулевых) потерь, прапорциональная произведению квадрата
'45 величины тока на активное сопротивление материала (I2R). Вследствии этого снижается внесенное активное сопротивление Rad/ωLo первого вихретокового датчика. Учитывая то, что катушка индуктивности, являющаяся вихретоковым датчиком, питается от частотнонезависимого генератора тока, напряженность
75ø магнитного поля датчика Но сохраняется постоянной в рабочем частотном диапазоне. Относительная величина внесенного реактивного сопротивления или внесенной индуктивности, которая характеризует напряженность результирующего контура вихревого тока в фольге He, при переходе от непротравленной к протравленной фольге изменялась ненамного, в пределах 10%. Следовательно, напряженность
755 суммарного магнитного поля Hs, определяемая на основании закона электромагнитной индукции встречно действующими первичным полем катушки H0 и полем вихревых токов He как Hs = H0 - He, также достаточно стабильна. При этом в такой же степени стабильна и напряженность электрического поля Er= возбуждающего вихревой ток в фольге и определяемая Hr Это свидетельствует о
760 том, что изменение мощности джоулевых потерь обусловливается изменением сопротивления исследуемого образца и частоты зондирующего поля.
Уменьшение величины Rad/ωLo при увеличении частоты, наблюдаемое в доэкстремальной области частотных характеристик образцов алюминиевой фольги могло бы продолжаться практически до нуля при значительном увеличении частоты.
765 Подобный эффект наблюдается, например, в волноводах сантиметрового диапазона с полированной медной или посеребренной поверхностью или в резонаторах, где электромагнитная волна практически не проникает в металл и затухание приближается к нулю.
В нашем случае снижению Rad/ωL0 с частотой препятствует другой механизм.
770 При вытеснении вихревого тока в приповерхностные слои фольги преобладающий характер приобретает рост активного сопротивления с частотой. Во - первых это происходит за счет уменьшения сечения трубки вихревого тока, а во-вторых за счет значительно более высокого значения поверхностного сопротивления фольги по сравнению с объемным из-за наличия микрорельефа поверхности. При этом
' / Ό МОЩНОСТЬ джоулевых потерь возрастает и внесенное активное сопротивление Rad/ωL0 с ростом частоты увеличивается. Аналогичный эффект наблюдается при снижении собственной добротности воздушных катушек индуктивности метрового диапазона длин волн при увеличении частоты. Значительное увеличение шероховатости поверхности фольги, достигнутое
780 путем ее травления в щелочи, и снижение толщины фольги с 25 до 11 мкм существенно увеличили внесенное активное сопротивление датчика. Для протравленной фольги с шероховатой поверхностью, имеющей меньшую толщину (To=I l мкм), величина относительного внесенного активного сопротивления Rad/ωL0
785 в среднем более чем в два раза выше, чем для гладкой непротравленной фольги, имеющей более значительную толщину (T0=25 мкм) (смотри частотные характеристики для кривых с номером 1 на Фиг.б и Фиг.7).
Аналогичный кривым с номером 1 вид на Фиг.б и Фиг.7 имеют кривые, соответствующие фольге с покрытием в виде слоя подпрессованного и
790 неподпрессованного углерода, а также с более сложными композитными покрытиями, частотные характеристики для которых приведены на Фиг.8 и Фиг.9.
Выбор рабочей частоты первого вихретокового датчика осуществляют в точке, соответствующей минимуму частотной зависимости его относительного внесенного активного сопротивления Ra(j/ωLo, при расположении датчика с
795 установочным зазором d0 относительно поверхности покрытия как показано на Фиг.З. Как следует из частотных характеристик, приведенных на Фиг.б- Фиг.9 на этой частоте еще не сильно сказывается • влияние поверхностного сопротивления фольги, изменяющегося под воздействием шероховатости поверхности, в то же время частота достаточно высока для вытеснения поля в приповерхностные слои
800 алюминиевой фольги и различие между кривыми в точке минимума близко к максимальному.
Процедура проведения измерений с использованием первого вихретокового датчика имеет следующий вид.
Вначале, перед процессом измерений размещают первый датчик над
805 поверхностью ленты токоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, на расстоянии, равном сумме величины установочного зазора и толщины покрытия do+Tc (Фиг.З) и измеряют частотную характеристику относительного внесенного активного сопротивления датчика Rad/ωLo. Затем позиционируют первый датчик над поверхностью покрытия на ленте токоподвода, расположенной на
8Ю направляющем вале, на расстоянии, равном величине установочного зазора d0, и снова измеряют частотную характеристику относительного внесенного активного сопротивления датчика Ra(j/ωLo. Определяют частоту, соответствующую минимуму частотной характеристики Rad/ωLo при расположении датчика над покрытием на ленте токоподвода, которую принимают в качестве рабочей частоты первого датчика.
815 Запоминают величину Rad/ωL0 датчика, полученного при его расположении над лентой без покрытия, соответствующее рабочей частоте, и используют его впоследствии как эталонное значение. В процессе измерений определяют разность относительного внесенного активного сопротивления Rad/ωL0 первого датчика, расположенного над движущейся лентой токоподвода с покрытием и эталонного
820 значения.
Обмотка второго вихретокового датчика представляет собой совокупность параллельных токовых линий с противоположным направлением тока в соседних линиях и постоянным расстоянием между ними (Фиг.10). Обмотка сосредоточена на ближайшей к покрытию вогнутой поверхности каркаса. Справа на Фиг.10 показано
825 расположение вихретокового датчика относительно ленты токоподвода с покрытием ( этот рисунок представляет собой вид в направлении движения ленты).
Таким образом в качестве источника первичного магнитного поля выступает полоса параллельных токовых линий с противоположным направлением тока в соседних линиях. На Фиг.10 эти токовые линии обозначены цифрой 4, расстояние
830 между ними равно а. Крестиком для каждой токовой линии показано направление тока "в плоскость чертежа", а точкой - "из плоскости чертежа". Расположенные рядом две токовые линии можно представить как элементарную двупроводную линию, а магнитное поле всего датчика можно рассчитать как совокупность полей этих элементарных двупроводных линий.
835 Вихревые токи, наведенные полем двупроводной линии в проводящей среде, внешняя плоская граница которой параллельна плоскости токовых линий, образуют замкнутые контуры в плоскостях, параллельных плоскости токовых линий, создающих первичное зондирующее поле. При этом контур с максимальной плотностью вихревого тока располагается непосредственно у поверхности раздела (внешней поверхности) проводящей среды в области максимальной напряженности электрического поля. Далее по глубине плотность вихревого тока уменьшается по экспоненте, в показателе которой содержится произведение удельной электропроводности среды на частоту магнитного поля. Эта ситуация подобна случаю возбуждения вихревых токов в проводящей среде с помощью короткой
845 цилиндрической катушки индуктивности, рабочий торец которой (основание цилиндра) параллелен плоской границе среды. В этом случае вихревые токи образуют соосные с катушкой круговые контура, плоскости которых параллельны рабочему торцу цилиндрической катушки [2,3]. Контур с максимальной плотностью вихревого тока располагается у плоскости .раздела проводящей среды и воздушного
85ø пространства, в котором расположена катушка.
На Фиг.10 номером 6 обозначены линии вихревого тока максимальной плотности, наведенные первичным полем второго вихретокового датчика в слое покрытия. Направление вихревого тока в каждой из этих линий противоположно направлению тока в соответствующей токовой линии датчика. Номером 7 на этой же
855 фигуре обозначены линии вихревого тока, наведенные первичным полем вихретокового датчика в металлической фольге токоподвода. Как и для вихревого тока в покрытии, направление вихревого тока в каждой из этих линий противоположно направлению тока в соответствующей токовой линии датчика.
Вследствии высокой удельной электрической проводимости металла фольги и
860 высокой частоты зондирующего магнитного поля (рабочий диапазон частот лежит в области метровых длин волн) магнитное поле вихревых токов, протекающих в слое фольги имеет существенную величину. Соответственно этому существенную величину имеет и внесенная в вихретоковый датчик с отрицательным знаком индуктивность. Вследствии стабильных геометрических параметров фольги и ее
865 электропроводности величина этой внесенной индуктивности также стабильна. Недостаточно стабильной, вследствии изменения плотности, гранулометрического состава, концентрации составляющих компонентов, собственной электропроводности зерен этих компонентов является электропроводность материала покрытия. Как показывают измерения она на несколько порядков и более, в
870 зависимости от типа покрытия, меньше удельной электропроводности фольги. Величина внесенной индуктивности, формируемая полем вихревых токов, протекающих в слое покрытия, вследствие сравнительно малой удельной электропроводности материала покрытия незначительна. Поэтому в качестве информационного параметра второго вихретокового датчика, характеризующего
„_- удельную электрическую проводимость материала покрытия используется внесенное активное сопротивление, нормированное к собственному индуктивному сопротивлению датчика.
Формирование поля для элементарных двупроводных ячеек первого и второго вихретоковых датчиков рассмотрено в примерах 1 и 2 соответственно. ggg Задачей второго вихретокового датчика является формирование сигнала, прапорционального удельной электрической проводимости материала покрытия. В связи с малой толщиной покрытия и небольшой величиной его удельной электропроводности для получения ощутимого вклада покрытия в общую величину внесенного активного сопротивления датчика, которая формируется вихревыми
385 токами, протекающими как в покрытии так и в металлической фольге, необходимо значительно повышать частоту питающего датчик тока. Вихретоковый датчик имеет частоту собственного резонанса, которая определяется его собственной индуктивностью и паразитной емкостью между линейными проводниками датчика. Чтобы собственный резонанс датчика не влиял на процесс измерений, рабочую
890 частоту второго вихретокового датчика ограничивают сверху граничной частотой, которая в три раза меньше частоты собственного резонанса датчика.
При увеличении частоты питающего вихретоковый датчик тока внесенное активное сопротивление сначала увеличивается, достигает максимума, а затем уменьшается. Внесенное реактивное сопротивление при увеличении частоты
895 возрастает монотонно. Это обычно отображается в виде годографа на комплексной плоскости внесенных сопротивлений [2,3]. Для уменьшения влияния фольги на сигнал второго вихретокового датчика его рабочую частоту выбирают в послеэкстремальной области годографа внесенного лентой токоподвода без покрытия импеданса так, чтобы величина внесенного активного сопротивления
900 составляла не более 10% от максимального значения годографа.
Величина относительного внесенного во второй вихретоковый датчик активного сопротивления, при его расположении над покрытием, нанесенным на фольгу токоподвода (Фиг.10) зависит от ряда факторов.
Во-первых, первичное поле датчика ослабляется полем вихревых токов,
905 наведенных в металлической фольге (вторичное поле). Напряженность вторичного поля зависит от удельной электрической проводимости σf и толщины Tf металлической фольги, частоты и расстояния до источника первичного поля. Напряженность вторичного поля можно охарактеризовать величиной внесенной в датчик индуктивности, нормированной к его собственной индуктивности. При этом
910 если датчик установить непосредственно на поверхность фольги и увеличить частоту питающего датчик тока до граничной частоты, напряженность вторичного поля будет наибольшей, максимально приближенной к первичному полю датчика. Соответственно максимальной будет и величина относительной внесенной в датчик индуктивности. Тогда величину разностного поля датчика, которое является рабочим
915 для слоя покрытия, можно определить по разности двух значений относительной внесенной индуктивности датчика. Первое значение является максимальным, его получают при установке датчика на поверхность фольги токоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, при этом частоту датчика задают равной его граничной частоте. Второе значение получают при позиционировании датчика над
920 поверхностью фольги также без покрытия, расположенной на направляющем вале, при этом расстояние от рабочей поверхности датчика до поверхности фольги устанавливают равным толщине покрытия T0, а частоту датчика задают равной его рабочей частоте. Полученная разность зависит только от удельной электрической проводимости материала фольги σf, толщины фольги Tf, рабочей и граничной частот
925 и практически не зависит от электропроводности слабопроводящего покрытия.
Во-вторых, общая величина внесенного во второй вихретоковый датчик активного сопротивления, которое является сигналом, зависит не только от сопротивления, внесенного вихревыми токами покрытия, но и от сопротивления, внесенного вихревыми токами, протекающими в фольге токоподвода. По своей
930 физической природе внесенное активное сопротивление определяется мощностью джоулевых потерь за счет протекания в проводящей среде вихревого тока. Вихревые токи, протекающие в слое покрытия и в фольге независимы, величина их плотности согласно закону Ома определяется удельной электрической проводимостью среды протекания и напряженностью действующего поля. Поэтому общее внесенное в
9 ^35 датчик активное сопротивление можно представить в виде суммы внесенных активных сопротивлений. Первое из них обусловлено вихревыми токами, протекающими в покрытии. Его величина, нормированная к собственному индуктивному сопротивлению датчика, зависит от удельной электропроводности материала покрытия σc, значения рабочей частоты со, толщины покрытия T0 и 940 величины установочного зазора d0. Второе обусловлено вихревыми токами, протекающими в фольге τокоподвода. Его относительная величина зависит от удельной электропроводности материала фольги σf, значения рабочей частоты ω, толщины фольги Tf и величины установочного зазора d0.
Описанный процесс взаимодействия вихревого магнитного поля второго 945 датчика с тестируемым объектом можно описать следующим уравнением:
Figure imgf000032_0001
где A = — , Rad - внесенное в датчик активное
сопротивление, Lad — внесенная в датчик индуктивность, Lo — собственная индуктивность вихретокового датчика, со - рабочая частота поля датчика, ωmax- граничная частота поля датчика, øf - удельная электрическая проводимость материала фольги, σc -удельная электрическая проводимость материала покрытия, Tf - толщина фольги, T0 -толщина слоя покрытия, k - постоянный коэффициент, определяемый экспериментально при изменении установочного зазора, d0 - величина g__ установочного зазора между рабочей поверхностью датчика и поверхностью покрытия, а -расстояние между токовыми линиями второго датчика.
Результаты измерений вторым вихретоковым датчиком, проведенные с использованием композиционных покрытий, нанесенных на алюминиевую фольгу, приведены в примере 3. о™ Из суммарного измеряемого значения относительного внесенного активного сопротивления второго вихретокового датчика, расположенного над движущейся ленкой токоподвода с покрытием вычитают значение относительного внесенного активного сопротивления, измеренного на' рабочей частоте при позиционировании второго датчика над поверхностью ленты без покрытия, расположенной на o^_ направляющем вале, на расстоянии равном сумме величины установочного зазора и толщины покрытия, осуществляя аддитивную коррекцию.
Аддитивно скорректированное значение относительного внесенного активного сопротивления второго датчика, расположенного над движущейся лентой токоподвода с покрытием, делят на полученную ранее разность относительных
970 внесенных индуктивностей, осуществляя мультипликативную коррекцию. После процедур аддитивной и мультипликативной коррекции мы получили величину относительного внесенного активного сопротивления второго датчика, обусловленного вихревыми токами, протекающими в слое покрытия. Именно эту величину мы используем для коррекции сигнала первого вихретокового датчика,
975 осуществляющего определение величины сопротивления между лентой тоководвода и слоем покрытия. При этом осуществляют синхронизацию измерений первым и вторым датчиками с учетом скорости равномерного движения ленты токоподвода с покрытием так, что оба датчика осуществляют измерения на одном и том же участке покрытия.
980 При отсутствии изолирующей окисной пленки и воздушных микрозазоров на данном участке поверхности раздела фольги и покрытия замкнутый контур вихревого тока пересекает поверхность раздела. При этом вихревой ток последовательно протекает в слое металлической фольги и слое покрытия. Учитывая, что удельная электрическая проводимость материала покрытия на несколько
985 порядков ниже удельной проводимости металла фольги, общее сопротивление вихревому току вдоль его траектории будет в основном определяться сопротивлением на участке покрытия.
Как следует из классической теории вихревых токов для слабопроводящих материалов, в начальной части доэкстремальной области годографа внесенного
990 импеданса вихретокового датчика [3] величина внесенного активного сопротивления линейно зависит от удельной электропроводности материала. Поэтому при увеличении проводимости покрытия величина активного сопротивления первого датчика будет возрастать, а при уменьшении проводимости - уменьшаться. Это вносит погрешность в оценку величины сопротивления между фольгой токоподвода
995 и покрытием.
Выделенный с помощью процедур аддитивной и мультипликативной коррекции сигнал второго датчика представляет собой его относительное внесенное активное сопротивление, обусловленное вихревыми токами, протекающими только в покрытии. Как следует из теории вихревых токов этот сигнал прапорционален 1000 электропроводности слабопроводящего покрытия σc. При этом процедура коррекции сигнала первого вихретокового датчика осуществляется путем умножения его относительного внесенного активного сопротивления на коэффициент γ = Rad / Rffl , представляющий собой отношение внесенного активного сопротивления второго датчика к его текущему среднему значению.
1Q05 Перед началом рабочего цикла измерений осуществляют не менее 200 предварительных измерений вторым датчиком на ленте тоководвода с покрытием с целью определения начального среднего значения относительного внесенного активного сопротивления, которое затем непрерывно уточняется в процессе рабочего цикла измерений. lølø Оценка величины контактного сопротивления между лентой токоподвода и покрытием осуществляется с помощью первого датчика по величине разности скорректированного значения его относительного внесенного активного сопротивления и эталонного значения, полученного при измерении на ленте токоподвода без покрытия.
Iøl5 Разобьем площадь участка, находящегося в рабочей зоне первого датчика в данном его положении, на конечное число N элементарных участков. Будем считать, что границу раздела фольги и покрытия в пределах одного элементарного участка пересекает один элементарный контур вихревого тока. Величина тока в контуре будет сравнительно невелика, так как она в основном определяется
1020 сопротивлением току на участке слабопроводящего покрытия. Соответственно невелика и мощность джоулевых потерь.
Если граница раздела на элементарном участке является изолирующей за счет окисной пленки аллюминия или воздушного микрозазора, то образуются два элементарных контура вихревого тока. Первый замыкается в фольге, а второй - в
1025 cлoe пoкpытия. При этом мощность джоулевых потерь на этом участке равна сумме потерь в обоих контурах. Удельное сопротивление металла фольги значительно ниже удельного сопротивления материала покрытия, поэтому суммарная мощность потерь в этом случае существенно выше за счет потерь вихревых токов в фольге. Вихревые токи в фольге и в покрытии, протекающие в
1030 непосредственной близости к границе раздела, имеют различные направления и ослабляют друг друга взаимодействием своих магнитных полей. За счет существенно более высокой проводимости металлической фольги ее вихревой ток значительно ослабляет вихревой ток покрытия, сам практически не ощущая влияния тока покрытия. 1035 Общая сумма джоулевых потерь в рабочей зоне первого вихретокового датчика равна сумме потерь на ее элементарных участках. Максимальная разность скорректированного значения относительного внесенного активного сопротивления первого датчика и его эталонного значения Δ=Δmax соответствует крайнему случаю, когда на всех N элементарных участках нет изолирующей
1040 пленки или воздушного микрозазора, т.е. когда вся граница обеспечивает омический контакт между фольгой и покрытием. Предварительное максимальное значение этой разности находят следующим образом. Перед началом рабочего цикла измерений осуществляют не менее 400 предварительных измерений на ленте тоководвода с покрытием с целью определения начального минимального
1045 значения относительного внесенного активного сопротивления первого датчика, скорректированное сигналом второго датчика, которое затем непрерывно уточняется в процессе рабочего цикла измерений.
Нулевая разность скорректированного значения относительного внесенного активного сопротивления первого датчика и его эталонного значения Δ=0
1050 соответствует другому крайнему случаю, когда на всех N элементарных участках нет омического контакта между фольгой и покрытием.
Таким образом, максимальная разность Δmax соответствует минимальному значению контактного сопротивления Rmjn. Тогда отношение η контактного сопротивления на данном участке Rc0n к минимальному значению RmiП равно отношению максимальной разности Δmax к разности, определенной на данном участке тестирования:
Figure imgf000035_0001
Задавая технологический допуск, т.е. верхнюю границу диапазона, в пределах которого допустимо изменение относительной величины контактного 1060 сопротивления η=RCon/Rmin, мы осуществляем контроль за выходом величины η за пределы допуска по величине Δmax/Δcon.
Функциональная схема вихретоковой системы fоr сопtасtlеss еvаluаtiоп сопротивления между лентой токоподвода и покрытием в непрерывном технологическом процессе изготовления химических источников тока и
1065 суперконденсаторов показана на Фиг.15.
К первому вихретоковому датчику, включенному в резонансный контур, подключена схема для измерения относительного внесенного активного сопротивления датчика на его рабочей частоте. Аналогичная схема подключена ко второму вихретоковому датчику. Схема измерения внесенной индуктивности
Ю70 второго датчика является двухканальной, она осуществляет измерение внесенной индуктивности на рабочей частоте второго датчика и на его граничной частоте. Выходные сигналы этих схем в аналоговой "форме поступают на вход трехканального аналогоцифрового преобразователя. Устройство синхронизации, подключенное к схемам измерения внесенного сопротивления первого и второго датчиков, а также к
Ю75 блоку отметки дефектных зон, синхронизирует отсчеты первого и второго датчиков, с учетом скорости равномерного движения ленты токоподвода, таким образом, что эти датчики производят измерения в одной и той же зоне покрытия. После аналогоцифрового преобразования данные поступают в блок специализированного вычислителя, который может быть реализован аппаратно либо программно. Этот
1080 ^лок c°ДePжит PЯД функциональных элементов.
Блок запоминания значений относительных внесенных активных сопротивлений первого и второго датчиков, измеренных на их рабочих частотах, а также значения относительной внесенной индуктивности второго датчика, измеренной на граничной частоте. Значения, хранящиеся в данном блоке измеряются
Ю85 вначале, на участке ленты токоподвода без покрытия, перед началом рабочего цикла измерений. Они используютя в дальнейшем в процедурах коррекции.
Значения, хранящиеся в блоке запоминания, используются блоком определения разности внесенных индуктивностей второго датчика, блоком аддитивной коррекции внесенного активного сопротивления второго датчика,
1090 блоком определения разности первого датчика. Блок мультипликативной коррекции фактически выполняет операцию деления.' Выходные сигналы этого блока и блока текущего усреднения поступают в блок коррекции разности относительного внесенного активного сопротивления первого датчика и эталонного значения.
Блок коррекции разности осуществляет умножение текущего значения
Ю95 разности на коэффициент χ = Rad /R^v) , представляющий собой отношение внесенного активного сопротивления второго датчика после мультипликативной коррекции к его текущему среднему значению. Выходные сигналы блока текущего определения максимальной скорректированной разности для первого датчика и значение разности, полученное в данном месте контроля, поступают на блок
1100 регистрации сигнала. В этом блоке определяется и регистрируется отношение η контактного сопротивления на данном участке R00n к минимальному значению RmiШ которое равно отношению максимальной разности Δmax к разности, определенной на данном участке тестирования Δcon, согласно (2).
Задавая технологический допуск, т.е. верхнюю границу диапазона, в пределах
1105 которого допустимо изменение относительной величины контактного сопротивления η-Rcon /Rmm, мы вводим это значение в блок контроля выхода за границу допуска. В этом блоке осуществляется сравнение относительного контактного сопротивления η с границей допуска. В случае выхода величины η за границу допуска, код, соответствующий степени превышения границы, поступает на цифроаналоговый
Ш" преобразователь. Нами используется три градации превышения величиной относительного контактного сопротивления соответствующей границы : слабое превышение, среднее превышение, значительное превышение. Слабое превышение соответствует превышению величиной η, отсчитываемой от уровня границы, в пределах до 10%, среднее превышение - от 10 до 30%, значительное превышение - выше 30%. Блок отметки дефектных зон Производит соответствующие отметки на поверхности покрытия в месте выхода относительного контактного сопротивления за пределы допуска в соответствии со степенью превышения границы различными цветами.
Первый и второй датчики объединены в единую конструкцию и расположены в ней последовательно по отношению к движению ленты. Общая рабочая поверхность датчиков является частью поверхности цилиндра с прямоугольной разверткой и ограничена по ширине максимальной шириной одного из датчиков, а по длине - суммарной длиной датчиков с учетом расстояния между ними. Общая рабочая поверхность датчиков коаксиальна поверхности ленты токоподвода в
1125 области вала, направляющего движение ленты.
Каркас первого вихретокового датчика в сечении представляет собой прямоугольник, при этом рабочей является ближайшая к покрытию вогнутая поверхность каркаса с расположенными на ней с постоянным шагом параллельными однонаправленными токовыми линиями, -а не рабочей - выпуклая поверхность
ИЗО каркаса с расположенными на ней параллельными токовыми линиями противоположного направления. Расстояние между токовыми линиями первого датчика выбирается с учетом необходимости обеспечения максимального постоянства векторного потенциала поля датчика в зоне контроля. Обмотка второго вихретокового датчика сосредоточена на ближайшей к покрытию вогнутой
1135 поверхности своего каркаса. Расстояние между токовыми линиями второго датчика выбирается с учетом необходимости обеспечения минимального влияния фольги токоподвода на величину его внесенного активного сопротивления. Отношение длины токовых линий, расположенных на рабочих поверхностях первого и второго датчиков к расстоянию между токовыми линиями составляет не менее 10. Расстояние
1140 мeжДУ концом первого датчика и началом второго составляет не менее двойной ширины сечения каркаса первого вихретокового датчика;
В случае двустороннего покрытия ленты токоподвода используется пара идентичных комбинированных измерительных преобразователя, каждый из которых расположен в окрестности своего направляющего вала, но над различной стороной j j45 покрытия ленты. Каждый из пары преобразователей расположен на одном и том же расстоянии от боковой кромки ленты токоподвода.
Несколько комбинированных измерительных преобразователей расположено над поверхностью покрытия на ленте токоподвода. Они закреплены на одной образующей, ориентированной перпендикулярно боковой кромке ленты
1150 токоподвода, при этом расстояние между преобразователями одинаково. В случае двустороннего покрытия используется несколько пар измерительных преобразователей, причем преобразователи, расположенные над одной стороной покрытия и преобразователи, расположенные над противоположной стороной, закреплены на отдельных образующих, ориентированных перпендикулярно боковой
1155 кромке ленты. Наименьшее расстояние между боковой гранью комбинированного измерительного преобразователя и боковой кромкой покрытия на ленте токоподвода составляет не менее высоты первого вихретокового датчика, а растояние между ближайшими друг к другу боковыми гранями соседних комбинированных преобразователей составляет не менее двойной высоты первого датчика. jjgQ Блок отметки дефектных зон, в пределах которых относительная величина контактного сопротивления между токоподводом и покрытием выходит за пределы установленного допуска, производит отметки для каждого комбинированного измерительного преобразователя отдельно различными цветами в соответствии со степенью превышения величиной контактного сопротивления верхней границы 1165 Допуска.
Приведенные ниже примеры иллюстрируют суть изобретения. ПРИМЕР 1.
В этом примере проведен расчет векторного потенциала вихревого магнитного поля элементарной двупроводной ячейки первого вихретокового 1170 Датчика.
Из классической теории электромагнитного поля известно, что векторный потенциал бесконечно длинной в направлении координатной оси у токовой линии описывается выражением :
A1 =IbL )* , (з)
1175 где μo=4π-Ю"7 Н/m - магнитная постоянная (магнитная проницаемость вакуума), I - величина тока в линии, п - расстояние от элемента dу до точки наблюдения M.
Проведем плоскость, перпендикулярную токовой линии, которая содержит точку наблюдения M. Тогда величину rj можно выразить как :
1180 r, =V7Trf . (4)
Здесь у - длина отрезка токовой линии от точки ее пересечения с плоскостью до элемента dy; P1 - длина отрезка, лежащего в плоскости и равного расстоянию от точки пересечения плоскости с токовой линией до точки наблюдения M. Учитывая, что
Figure imgf000039_0001
1185 получим, что векторный потенциал бесконечной токовой линии в направлении, перпендикулярном этой линии равен
Л (6)
Figure imgf000039_0002
где P1 - длина отрезка от токовой линии до точки наблюдения M. Расположим в плоскости, перпендикулярной токовой линии, оси х и z 1190 декартовой системы координат, содержащей точку наблюдения M. Пусть координаты токовой линии в этой плоскости равны Xi = 1 mm, Z1 = 0. Значения векторного потенциала A1, нормированные к Ao=μol/4π, рассчитанные в соответствии с (6) представлены в таблице 1.
Таблица 1
Figure imgf000040_0002
В таблице 1 Xo и Z0 являются координатами точки наблюдения M(Xo, Z0). Как
1195 следует из таблицы 1 значения векторного потенциала по оси х симметричны относительно точки X1= 1 mm, в которой расположена токовая линия. На расстоянии Zo = 0.5 mm над токовой линией векторный потенциал составляет 30 % от значения, которое он имел на расстоянии Z0 = 0.1 mm.
Рассмотрим элементарную двупроводную ячейку первого датчика, которая 1200 представляет собой две параллельные однонаправленные токовые линии. Будем считать как и ранее, что токи текут в направлении оси у. Векторный потенциал поля такой ячейки представляет собой сумму векторных потенциалов вида (3). Тогда
(7)
Figure imgf000040_0001
где рi и p2 расстояния соответственно от первой и второй токовых линий до
1205 точки наблюдения M. На Фиг.11 показано изменение нормированной величины векторного потенциала магнитного поля элементарной двупроводной ячейки первого вихретокового датчика, токовые линии которого расположены на расстоянии 1 mm друг от друга в точках X1=I mm, x2=2 mm, Ao=μol/4π. Изменение векторного потенциала показано на высоте z = 0.4 mm над плоскостью токовых линий. Эта
1210 высота выбиралась из следующих соображений : высота установочного зазора (Фиг.5) do= 0.2 mm, толщина покрытия Tc = 0.2 mm.
На Фиг.12 показана аналогичная кривая для токовых линий, расположенных в точках X1=I5O mm, x2=3,2 mm, т.е. когда расстояние между однонаправленными токовыми линиями составляет 1.6 mm.
1215 Сравнивая кривые, представленные на Фиг.11 и Фиг.12 необходимо отметить следующее. Во-первых, при сближении токовых линий величина векторного потенциала в рабочей зоне между токовыми линиями увеличивается. Соответствеенно этому будет увеличиваться и плотность наведенного в среде вихревого тока, которая на основании закона Ома прапорциональна величине
1220 векторного потенциала. Во - вторых, и это особенно важно, на Фиг.l 1 в рабочей зоне между токовыми линиями, расположенными в точках X1=I mm, x2=2 mm, изменение векторного потенциала незначительно. Следовательно и плотность вихревого тока, зондирующего контакт между фольгой токоподвода и покрытием в рабочей зоне элементарной двупроводной ячейки первого датчика, также будет постоянной. Этого
1225 нельзя сказать о ячейке с токовыми линиями, расположенными на расстоянии 3.2 mm друг от друга. Здесь величина векторного потенциала в рабочей зоне элементарной ячейки изменяется практически в два раза и использовать такой вихретоковый датчик для тестирования нецелесообразно.
В общем случае, когда первый вихретоковый датчик содержит на своей
1230 раб ^очей - поверхности N тvт параллельных однонаправленных токовых линии, величина его векторного потенциала вычисляется по формуле :
27Г ы Pk где рk - расстояние от соответствующей токовой линии до точки наблюдения
M. 1235 Пример 2.
Рассмотрим элементарную двупроводную ячейку второго датчика, которая представляет собой две параллельные токовые линии, с противоположным направлением токов в линиях. Будем считать, что токи текут в положительном и отрицательном направлениях оси у. Векторный потенциал поля такой ячейки 1240 представляет собой сумму векторных потенциалов вида (3), взятых с противоположными знаками. При этом
Л = ^(_2iП A +21np2) = ^ln(^) , (9)
где рi и p2 как и ранее расстояния соответственно от первой и второй токовых линий до точки наблюдения M. На Фиг.13 показано изменение нормированной
1245 величины векторного потенциала магнитного поля элементарной двупроводной ячейки второго вихретокового датчика, токовые линии которого расположены на расстоянии 1 mm друг от друга в точках X1=I mm, x2=2 mm (кривая 1), и на расстоянии 1.6 mm друг от друга в точках
Figure imgf000042_0001
mm, x2=3.2 mm (кривая 2). Изменение векторного потенциала показано на высоте z = 0.3 mm над плоскостью
1250 токовых линий. Эта высота выбиралась из тех же соображений, что и приведенные выше : высота установочного зазора (Фиг.10) do= 0.2 mm, толщина покрытия Tc = 0.2 mm.
Сравнивая кривые 1 и 2 на Фиг.13 необходимо отметить их две особенности. Во-первых, расстояние между точками максимума и минимума векторного
1255 потенциала для первой кривой составляет 1 mm, а для второй кривой - 1.6 mm. Таким образом в первом случае зондирующие линии вихревого тока с максимальной плотностью в слое покрытия расположены чаще, чем во втором случае. Это означает, что избирательность тестирования в первом случае выше, чем во втором. Во - вторых, максимальное по абсолютное величине значение векторного потенциала для
1260 первой кривой в 1.36 раза меньше, чем для второй. Понятно, что при дальнейшем сближении токовых линий эта тенденция будет усиливаться.
В таблице 2 приведены максимальные значения векторного потенциала, нормированные к максимальному значению при z=0.1 mm в зависимости от высоты z над поверхностью двупроводной линии. Таблица 2
Figure imgf000043_0002
1265 В таблице 2 величина а равна расстоянию между токовыми линиями. Как следует из таблицы 2 для токовых линий, расположенных на расстоянии a=l mm друг от друга величина векторного потенциала убывает быстрее, чем для токовых линий, расположенных на расстоянии a=1.6 mm. Эта закономерность для второго вихретокового датчика важна тем, что при меньшей относительной величине
1270 векторного потенциала поля, попадающего в слой фольги, меньше плотность вихревого тока в фольге и, сответственно, меньше относительное влияние, которая оказывает фольга на внесенные сопротивления второго вихретокового датчика по сравнением со слоем покрытия.
В общем случае, когда второй вихретоковый датчик содержит на своей
1275 рабочей поверхности N параллельных токовых линий, величина его векторного потенциала вычисляется по формуле :
A = _ - /"o7 ln Рг - PA - P6 - -: PN (10)
Figure imgf000043_0001
где рi (i=l...N) - расстояние от соответствующей токовой линии до точки наблюдения M. 1280 Пример 3.
В данном примере рассмотрены результаты измерений вторым вихретоковым датчиком, проведенные с использованием композиционного покрытия, нанесенного на алюминиевую фольгу. Для сравнения приведены также результаты измерения датчиками других конструкций.
1285
Исследованию подвергались .датчики различных конструкций, обеспечивающие возбуждение вихревых токов, текущих в плоскостях, параллельных поверхности ленты токоподвода. В качестве покрытия использовался композитный материал следующего состава : MnO2 - 85%, углерод - 5%, сажа - 5%, связующее - 5%.
1290 В качестве первой конструкции вихретокового датчика исследовалась спиральная катушка индуктивности, все витки которой лежат в одной плоскости. Максимальное количество витков W= 16 при этом внешний диаметр катушки Dmax =35 гат, а внутренний диаметр Dmm=5 тт Катушка наматывалась медным проводом диаметром θo=O.8 mm. Далее витки катушки отматывались с ее внешней
1295 стороны, при этом внутренний диаметр катушки Dmm оставался постоянным.
Методика измерений является общей для всех сравниваемых конструкций вихретоковых датчиков. Сначала рабочий торец датчика располагается на расстоянии 100 mkm (установочный зазор do=ЮO mkm) от поверхности покрытия на алюминиевой фольге, толщина покрытия T0=IOO mkm, толщина фольги Tf=25
1300 mkm. При этом измерялись - относительное внесенное активное сопротивление датчика [Rad/ωL0]c и относительная внесенная индуктивность [Lad/L0]c. Затем рабочий торец датчика располагается на расстоянии d=do+Tc=2OO mkm от поверхности фольги без покрытия и фиксируются значения [Rad/ωLo]f и [Lad/Lo]f. Информационным параметром, как уже указывалось выше, явяляется величина
1305 Rad/ωLo. Определялась разность относительных внесенных активных сопротивлений Δr= [Rad/ωL0]c - [Rad/ωL0]f, а затем отношение
Г - R "2m1/ η г R3 а1d 1
L .. r Jc L , Ij rR =- (H)
T Rad ->
на соответствующей частоте. Полученные данные для плоской спиральной 1310 катушки приведены в таблице 3.
Таблица 3
Figure imgf000045_0001
В таблице 4 приведены соответствующие данные для короткой цилиндрической катушки диаметром D=IS mm, катушка наматывалась медным проводом диаметром G0=O.8 mm.
Таблица 4
Figure imgf000045_0002
В таблице 5 приведены соответствующие данные для плоской катушки в виде 1315 шести линейных проводников длиной b=27 mm (Фиг.10), с расстоянием между осями проводников a=3 mm, диаметр проводников θо =0.8 mm. Направление токов в соседних линейных проводниках противоположное.
Таблица 5
Figure imgf000045_0003
В таблице 6 приведены соответствующие данные для плоской катушки в виде 24 линейных проводников длиной b=35 mm (Фиг.10), с расстоянием между осями проводников a=0.9 mm, диаметр проводников θо =0.8 mm. Направление токов в
1320 соседних линейных проводниках противоположное. Таблица 6
Figure imgf000046_0001
Сравнивая данные, приведенные в таблицах 3 - 6, следует отметить, что наибольшая чувствительность YR К электропроводности покрытия наблюдается у датчиков полосового типа (таблицы 5 и 6). Однако в таблице 6 больше абсолютные
1325 значения разности Δr. Это означает, что измеряемые сопротивления больше по величине, т.е. использование датчика последней конструкции является более предпочтительным .
На Фиг.14 приведены годографы внесенного импеданса второго вихретокового датчика, расположенного над алюминиевой фольгой (кривая 1) и над
1330 покрытием, нанесенным на алюминиевую фольгу (кривая 2), а таюке годограф короткой цилиндрической катушки индуктивности (кривая 3) : алюминиевая фольга толщиной Tf =25 mkm, композитное покрытие на основе MnO2 толщиной Tc=IOO mkm. Датчик представляет собой плоскую катушки в виде 24 линейных проводников длиной b=35 mm (Фиг.10), с расстоянием между осями проводников a=0.9 mm,
1335 диаметр проводников θ0 =0.8 mm. Направление токов в соседних линейных проводниках противоположное. Цифрами около точек отмечены частоты вихревого магнитного поля датчика. Из сопоставления точек, соответствующих одинаковым частотам на кривых 1 и 2 видно, что внесенная индуктивность практически не изменяется, т.е. слабопроводящее покрытие практически не влияет на напряженность
1340 пoля датчика. Здесь же на Фиг.14 для сравнения показана линия годографа для короткой цилиндрической катушки диаметром D=I 5 mm, W=3.5, намотанной медным проводом диаметром O0=O.8 mm. Пример 4.
В данном примере рассмотрены., результаты измерений вихретоковым
1345 ,. „ , датчиком первого типа, проведенные на образцах исходной фольги, протравленной химическим способом фольги, а также фольги первого и второго типа с нанесенным на нее слоем углерода. При этом в одном случае слой углерода наносился без подпрессовки, а во втором случае — с последующей подпрессовкой. Травление фольги осуществлялось в растворе щелочи. Слой углерода готовился на
1350 основе связующего - PVDF.
Каркас вихретокового датчика, использовавшегося для измерений, в сечении представляет собой прямоугольник 25x10 mm, длина каркаса - 35 mm. На рабочей поверхности каркаса располагалось шесть параллельных прямолинейных проводников из меди кругового сечения с одинаковой длиной 1 = 35 mm,
2355 расстояние между осями проводников a=3.5 mm, собственный диаметр проводника - θo=l mm.
Результаты измерений представлены на Фиг.б и Фиг.7. В частности на Фиг.6 показаны частотные характеристики относительного внесенного активного сопротивления датчика, расположенного над • слоем покрытия из углерода,
1360 нанесенного на непротравленную алюминиевую фольгу токоподвода : 1 - непротравленная (гладкая) алюминиевая фольга толщиной Tf = 25 мкм без покрытия, 2 - непротравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем углерода толщиной Tc = 23 мкм без подпрессовки, 3 - непротравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем углерода толщиной Tc = 23 мкм,
1365 подпрессованным усилием 3 тонны.
Из Фиг.б видно, что образцы со слоями углерода дают более высокие значения Rad/ωLo, чем гладкая, непротравленная фольга. Это можно объяснить следующим образом. Вихревые токи в фольге и в покрытии образуют собственные замкнутые траектории. Общий замкнутый контур вихревого тока, пересекающий
1370 границу раздела фольги и покрытия, не образуется, что, по-видимому, связано с наличием изолирующей пленки окиси аллюминия на поверхности фольги. При этом джоулевы потери за счет протекания вихревого тока в углеродном слое добавляются к потерям в фольге, увеличивая внесенное активное сопротивление Rаd/ωLо. Интересным моментом здесь является то, что прессованный слой
XD I Ό углерода, обладающий большей проводимостью за счет большей плотности углерода, дает значения Rad/ωL0 меньшие, чем непрессованный слой. Этот эффект по-видимому связан с тем, что подпрессовка слоя углерода в некоторой степени нарушает целосность окисной пленки и вихревые токи проникают в слой углерода.
На Фиг.7 показаны частотные характеристики относительного внесенного
1380 активного сопротивления датчика, расположенного над слоем покрытия из углерода, нанесенного на протравленную алюминиевую фольгу токоподвода: 1 - протравленная химическим путем алюминиевая фольга толщиной Tf = 11 мкм (после травления) без покрытия, 2 - протравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем углерода толщиной T0 = 23 мкм без подпрессовки, 3 -
1385 протравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем углерода толщиной Tc = 23 мкм, подпрессованным усилием 3 тонны.
Как видно из Фиг.7, когда слой графита располагается на протравленной алюминиевой фольге, наблюдается принципиально иная ситуация по сравнению с Фиг.б. Здесь кривые для неподпрессованного слоя графита (кривая 2), и для
1390 подпрессованного слоя графита (кривая 3) расположены под частотной характеристикой для протравленной алюминиевой фольги, в области меньших значений внесенного активного сопротивления. Это свидетельствует об образовании множества контуров вихревого тока, пересекающих границу раздела фольги и углеродного слоя. При этом^ ток последовательно протекает в слое
1395 аллюминия и слое графита. Особенно хорошо это видно из сопоставления характеристик
N°l и N°3, соответствующих протравленной фольге и подпрессованному графиту на этой фольге. Уменьшение внесенного активного сопротивления при переходе от кривой 1 к кривой 3 связано с уменьшением величины вихревого тока
14QQ за счет того, что в общую траекторию тока включается участок с более высоким сопротивлением (углерод). При этом мощность активных (джоулевых) потерь, определяемая произведением квадрата величины вихревого тока на сопротивление материала по траектории протекания тока (I2R) уменьшается за счет снижения квадрата тока. Неподпрессованный слой углерода (кривая 2) по-видимому имеет
1405 меньшую площадь контакта с протравленной поверхностью алюминиевой фольги, характеризующейся повышенной шероховатостью, имеется ряд участков, где омический контакт отсутствует. Соответственно этому часть общего вихревого тока в фольге замыкается в ней и не переходит границу раздела. Пример 5.
14Ю В данном примере рассмотрены результаты измерений вихретоковым датчиком первого типа, проведенные на образцах протравленной алюминиевой фольги с нанесенным на нее композитным покрытием. Параметры датчика приведены в примере 4.
На Фиг.8 приведены частотные характеристики относительного внесенного
1415 активного сопротивления первого вихретокового датчика, расположенного над слоем композиционного покрытия (слой шпинели LiMn2O4 с подслоем углерода), нанесенного на протравленную алюминиевую фольгу токоподвода: 1 - протравленная алюминиевая фольга с. нанесенным на нее композиционным покрытием, состоящим из слоя шпинели толщиной Tcl=120 мкм и подслоя
1420 углерода толщиной Tc2 = 25 мкм без подпрессовки, 2 - то же, только подслой углерода толщиной T02 = 25 мкм подпрессован усилием 3 тонны.
Сопоставление характеристик N° 1 и Na2 на Фиг.8 показывает, что и в этом случае попрессовка слоя углерода на протравленной фольге, характеризующейся повышенной шероховатостью, обеспечивает большую площадь омического
1425 контакта с токоподводом.
Похожие результаты получены в работе [4]. Здесь отмечается, что уменьшение контактного сопротивления между аллюминиевым токовым коллектором и материалом композитного покрытия является ключевой проблемой для увеличения скорости заряда/разряда 'источника тока. Пассивационная пленка,
1430 формирующаяся на поверхности алюминиевого токового коллектора является изолирующей и ток, текущий через пассивационную пленку, концентрируется в точках дефекта пленки. Поэтому для увеличения скорости заряда/разряда источника тока, как отмечается в [4], необходимо увеличивать количество точечных дефектов в пассивационной пленке, а также количество точек контакта
1435 через эти дефекты, что в значительной степени обеспечивается введением подслоя углерода на поверхности токового коллектора. Приведены экспериментальные данные подтверджающие это. Пример 6 В данном примере рассмотрены результаты измерений вихретоковым
1440 Дaтчикoм первого типа, проведенные на образцах исходной и протравленной алюминиевой фольги с нанесенным на нее композитным покрытием. Параметры датчика приведены в примере 4.
На Фиr.9 приведены частотные характеристики относительного внесенного активного сопротивления первого вихретокового датчика, расположенного над
1445 протравленной алюминиевой фольгой и слоем композитного покрытия, нанесенного на протравленную алюминиевую фольгу токоподвода: 1 - протравленная химическим путем алюминиевая фольга толщиной Tf = 11 мкм без покрытия, 2 - протравленная алюминиевая фольга с нанесенным на нею слоем композитного покрытия толщиной T0 = 100 мкм. Композитное покрытие состоит
J450 из материала с ионной проводимостью MnO2, добавок углерода и сажи.
Удельная электрическая проводимость материала композитного покрытия значительно ниже проводимости углерода, поэтому при нанесении покрытия на непротравленную алюминиевую фольгу величины относительного внесенного активного сопротивления датчика Rad/coLo, измеренные в частотном диапазоне,
1455 практически не отличались от аналогичных значений, полученных для непротравленной фольги без покрытия. Картина изменилась при нанесении покрытия на протравленную фольгу со значительной шероховатостью поверхности. Это иллюстрируется Фиг.9. Здесь частотная характеристика JN°2, характеризующая фольгу с покрытием, расположилась значительно ниже
1460 частотной характеристики N°l для фольги без покрытия. Это иллюстрирует наличие омического контакта на значительной площади токоподвода и композитного покрытия.
Источники информации
1. Патенты США: JЧ° 4268791 МПК GOlV 33/12, пyбл.l981г.
JY° 4383218 МПК GOlN 27/90, публ.1983г.
JSs 5191286 МПК GOlR 33/12, публ. 1993г.
JVs 5206588 МПК GOlB 7/10, пyбл.l993г.
142 5399968 МПК GOlN 27/90, публ.1995г.
Ко 5416411 МПК GOlB 7/10, пyбл.l995г.
JYe 5466910 МПК B23K 9/95, публ. 1995г. JYa 5889401 МПК GOlN 27/72, публ.1999г. N° 6002251 МПК GOlN 27/80, публ.1999г. N° 6037768 МПК GOlR 33/12, пyбл.2000г. JVe 6479990 МПК GOlN 27/72, публ.2002г. No 6524450 МПК GOlB 7/06, публ. 2003г. NP. 6545469 МПК GOlN 27/90, пyбл.2003г. No 6593738 МПК GOlB 7/10, пyбл.2003г.
2. Патент Германии Jvfe Ю025580 МПК GOlN 27/00, публ. 2001г.
3. Патент Франции Ne 2782802 МПК GOlN 27/06, публ. 2000г. 4. Патент Великобритании Ne 2361065 МПК GOlN 27/20, публ. 2001г. Научно-техническая литература:
1. М.S. Sаfizаdеh, Z. Liu, В.А. Lерiпе, D.S. Fоrsуth "Мultifrеquепсу Еddу Сurrепt fоr thе Сhаrасtеrizаtiоп оf Соrrоsiоп iп Мultilауеr Stшсturеs", Маtеriаls Еvаlиаtiоп, Vol.62 / Num.5, 2004, pp.535-539-.
2. Donald J. Наgеmаiеr. Fuпdаmепtаls оf Еddу Сurrепt Теstiпg. ASNT, 2004, 82 р.
3. Nопdеstшсtivе Теstiпg, Напdbооk, Тhird Еditiоп. VoI. 5, Еlесtrоmаgпеtiс Теstiпg. Тесh. Еditоr Sаtish S. Udра, Еditоr Раtгiсk О. Мооrе. ASNT5 2004, 524 р.
4. К.Тасhibапа, Т.Suzuki, С.Каппо, T.Eпdo,T.Ogata, Z.Наshimоtо, Т.Shimizu, S.Коhаrа, Т.Nishiпа "Аrсhitесturеs оf Роsitivе Еlесtrоdеs fоr Rарid Сhаrgiпg/Disсhаrgiпg Реrfоrmапсеs оf Lithium Iоп Sесопdаrу Ваttеriеs.

Claims

Формула изобретения
1. Вихретоковой метод для определения сопротивления, включающий размещение комбинированного измерительного преобразователя, содержащего первый и второй вихретоковые датчики над поверхностью покрытия на металлической ленте токоподвода, измерение относительного внесенного активного
5 сопротивления первого вихретокового датчика на его рабочей частоте, измерение относительного внесенного активного сопротивления второго вихретокового датчика на его робочей частоте, отличающийся тем, что комбинированный измерительный преобразователь помещают в зоне направляющего движения ленты вала так, что все точки рабочей поверхности преобразователя находятся на одинаковом расстоянии от
Ю поверхности ленты; располагают токовые линии рабочей поверхности первого и второго вихретоковых датчиков параллельно между собой и вдоль направления движения ленты токоподвода, причем направление токов в линиях первого датчика задают одинаковым, а направление токов в соседних линиях второго датчика - противоположным; выбирают рабочую частоту первого датчика в точке минимума
15 частотной зависимости его относительного внесенного активного сопротивления; выбирают рабочую частоту второго вихретокового датчика в послеэкстремальной области годографа внесенного лентой токоподвода без покрытия импеданса так, чтобы величина внесенного активного сопротивления составляла не более 10% от максимального значения; выделяют величину относительного внесенного активного
20 сопротивления второго датчика, обусловленную только вихревыми токами, протекающими в слое покрытия; синхронизируют измерения первого и второго датчиков с учетом скорости равномерного движения ленты токоподвода с покрытием так, чтобы оба датчика осуществляли измерения на одном и том же участке покрытия; осуществляют коррекцию величины относительного внесенного
25 активного сопротивления, измеренного первым датчиком с использованием выделенных значений относительного внесенного активного сопротивления второго датчика; определяют величину контактного сопротивления между лентой токоподвода и покрытием на различных участках в процессе движения ленты с использованием скорректированных значений относительного внесенного активного
30 сопротивления первого вихретокового датчика.
2. Вихретоковой метод по п.l, отличающийся тем, что позиционируют первый датчик над поверхностью ленты тόкоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, на расстоянии, равном сумме величины установочного зазора и толщины покрытия и измеряют частотную характеристику внесенного активного сопротивления, отнесенного к его собственному индуктивному сопротивлению.
3. Метод по п.l, 2 отличающийся тем, что позиционируют первый датчик над поверхностью покрытия на ленте токоподвода, расположенной на направляющем вале, на расстоянии, равном величине установочного зазора, и измеряют частотную характеристику относительного внесенного активного сопротивления.
4. Метод по п. 1,3, отличающийся тем, что определяют частоту, соответствующую минимуму частотной характеристики относительного внесенного активного сопротивления при расположении первого датчика над покрытием на ленте токоподвода, которую принимают в качестве рабочей частоты первого датчика.
5. Метод по п.1-4, отличающийся тем, что запоминают относительное внесенное активное сопротивление первого датчика, полученное при его расположении над лентой без покрытия, соответствующее рабочей частоте, и используют его впоследствии как эталонное значение.
6. Метод по п.1-5, отличающийся тем, что в процессе измерений определяют разность относительного внесенного активного сопротивления первого датчика, расположенного над движущейся лентой токоподвода с покрытием и эталонного значения, которая является сигналом первого датчика.
7. Метод по п.l, отличающийся тем, что рабочую частоту второго вихретокового датчика ограничивают сверху граничной частотой, которая в три раза меньше частоты собственного резонанса датчика.
8. Метод по п.1,7, отличающийся тем, что позиционируют второй датчик над поверхностью ленты токоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, на расстоянии, равном сумме величины установочного зазора и толщины покрытия, и измеряют значение относительного внесенного активного сопротивления датчика на его рабочей частоте.
9. Метод по п.1,8, отличающийся тем, что позиционируют второй датчик над поверхностью ленты токоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, на расстоянии, равном толщине покрытия, и измеряют значение относительной внесенной индуктивности датчика на его рабочей частоте.
10. Метод по п.1,7-9, отличающийся тем, что устанавливают второй датчик βζ на поверхности ленты токоподвода без покрытия, расположенной на направляющем вале, и измеряют относительную внесенную индуктивность датчика на граничной частоте.
11. Метод по п.1,7,9, 10, отличающийся тем, что определяют разность значений относительной внесенной индуктивности второго датчика, измеренных на
70 ленте токоподвода с нулевым зазором на граничной частоте и с воздушным зазором, равным толщине покрытия, на рабочей частоте.
12. Метод по п.1,7-11, отличающийся тем, что из значений относительного внесенного активного сопротивления второго датчика, расположенного над движущейся лентой токоподвода с покрытием вычитают одноименное значение,
75 измеренное на рабочей частоте при позиционировании второго датчика над поверхностью ленты без покрытия на расстоянии равном сумме величины установочного зазора и толщины покрытия, осуществляя аддитивную коррекцию.
13. Метод в по п.1,7- 12, отличающийся тем, что аддитивно скорректированные значения относительного внесенного активного сопротивления gø второго датчика делят на полученную разность относительных внесенных индуктивностей этого датчика, осуществляя мультипликативную коррекцию.
14. Метод по п.1,7-13, отличающийся тем, что используя мультипликативно скорректированные значения относительного внесенного активного сопротивления второго датчика и учитывая величину установочного зазора, получают значения
§5 относительного внесенного активного сопротивления, обусловленного вихревыми токами, протекающими только в слое покрытия.
15. Метод по п.l, 7-14, отличающийся тем, что перед началом рабочего цикла измерений осуществляют не менее 200 предварительных измерений вторым датчиком на ленте токоподвода с покрытием с целью определения начального
90 среднего значения относительного, внесенного токами покрытия активного сопротивления, которое затем уточняется в процессе рабочего цикла измерений.
16. Метод по п.1-15, отличающийся тем, что корректируют сигнал первого вихретокового датчика путем умножения его на адаптационный коэффициент Y = R01) IR^ i представляющий собой отношение внесенного вихревыми токами QQ покрытия активного сопротивления второго датчика к его текущему среднему значению.
17. Метод по п.l, 7-16, отличающийся тем, что перед началом рабочего цикла измерений осуществляют не менее 400 предварительных измерений на ленте токоподвода с покрытием с целью определения начального максимального значения
1Q5 сигнала первого датчика, скорректированного адаптационным сигналом второго датчика, которое затем уточняется в процессе рабочего цикла измерений.
18. Метод по п.l, 7-17, отличающийся тем, что определение величины контактного сопротивления между лентой .токоподвода и покрытием осуществляют по отношению скорректированных величин максимального сигнала первого датчика
HQ к его сигналу в данном месте контроля, которое пропорционально отношению контактного сопротивления в данном месте контроля к его усредненному минимальному значению.
19. Метод по п.l, 7-18, отличающийся тем, что задают технологический допуск, т.е. верхнюю границу диапазона, в пределах которого допустимо изменение j jg относительной величины контактного сопротивления.
20. Метод по п.l, 7-19, отличающийся тем, что осуществляют контроль за выходом относительной величины контактного сопротивления за пределы допуска и при этом производят отметки на поверхности покрытия различными цветами в соответствии со степенью превышения верхней граница допуска.
220 21.Bиxpeтoкoвaя система для бесконтактного определения сопротивления, содержащая средства для измерения относительного внесенного активного сопротивления первого и второго вихретоковых датчиков комбинированного измерительного преобразователя на рабочей частоте первого и второго датчиков, средства трехканального аналого-цифрового преобразования сигналов, блок
125 запоминания, блок контроля выхода за границы допуска, блок отметки дефектных зон на поверхности покрытия, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства синхронизации измерений первым и вторым датчиками, блок определения разности относительного внесенного активного сопротивления первого датчика и эталонного сигнала, блок измерения относительной внесенной индуктивности
130 второго датчика на его рабочей и граничной частотах, блок определения разности значений относительной внесенной индуктивности- второго датчика, измеренных на ленте токоподвода с нулевым зазором на граничной частоте и с воздушным зазором, равным толщине покрытия, на рабочей частоте, блок аддитивной коррекции относительного внесенного активного сопротивления второго вихретокового
135 датчика, блок мультипликативной коррекции относительного внесенного активного сопротивления второго вихретокового датчика, блок текущего усреднения скорректированных значений относительного внесенного активного сопротивления второго датчика, блок коррекции разности относительного внесенного активного сопротивления первого датчика и эталонного сигнала с
140 использованием корректирующих значений сигнала второго датчика, блок текущего определения максимальной скорректированной разности для первого датчика, блок определения и регистрации контактного сопротивления между лентой токоподвода и покрытием в месте контроля и цифроаналоговый преобразователь
145 22. Вихретоковая система по п,21, отличающаяся тем, что первый и второй датчики объединены в единую конструкцию и расположены в ней последовательно по отношению к движению ленты, а их общая рабочая поверхность является частью поверхности цилиндра с прямоугольной разверткой и ограничена по ширине максимальной шириной одного из датчиков, а по длине -
150 суммарной длиной датчиков с учетом расстояния между ними.
23. Вихретоковая система по п.21, 22, отличающаяся тем, что общая рабочая поверхность датчиков коаксиальна поверхности ленты токоподвода в области вала, направляющего движение ленты.
24. Вихретоковая система по п.21-23, отличающаяся тем, что каркас 155 первого вихретокового датчика в сечении представляет собой прямоугольник, при этом рабочей является ближайшая к покрытию вогнутая поверхность каркаса с расположенными на ней с постоянным шагом параллельными однонаправленными токовыми линиями, а не рабочей - выпуклая поверхность каркаса с расположенными на ней параллельными токовыми линиями противоположного 150 направления.
25. Вихретоковая система по п.21-24, отличающаяся тем, что расстояние между токовыми линиями первого датчика выбирают с учетом необходимости обеспечения максимального постоянства векторного потенциала поля датчика в зоне контроля.
I65 26. Вихретоковая система по п.21-23 , отличающаяся тем, что обмотка второго вихретокового датчика сосредоточена на ближайшей к покрытию вогнутой поверхности каркаса и представляет собой совокупность параллельных токовых линий с противоположным направлением токов в соседних линиях и постоянным расстоянием между ними.
170 27. Вихретоковая система по п.21-23, 26, отличающаяся тем, что расстояние между токовыми линиями второго датчика выбирается с учетом необходимости обеспечения минимального влияния фольги токоподвода на величину его внесенного активного сопротивления.
28. Вихретоковая система по п.21-27, отличающаяся тем, что отношение 175 длины токовых линий, расположенных на рабочих поверхностях первого и второго датчиков к расстоянию между токовыми линиями составляет не менее 10.
29. Вихретоковая система по п.21-28, отличающаяся тем, что расстояние между концом первого датчика и началом второго составляет не менее двойной ширины сечения каркаса первого вихретокового датчика.
180 30. Вихретоковая система по п.21-29, отличающаяся тем, что в случае двустороннего покрытия ленты токоподвода .используется пара идентичных комбинированных измерительных преобразователей, каждый из которых расположен в окрестности своего направляющего вала, но над различной стороной покрытия ленты.
135 31. Вихретоковая система по п.21,30, отличающаяся тем, что каждый из пары комбинированных измерительных преобразователей расположен на одном и том же расстоянии от боковой кромки ленты токоподвода.
32. Вихретоковая система по п. п.21-31, отличающаяся тем, что включает несколько комбинированных измерительных преобразователей, расположенных
190 над поверхностью покрытия на ленте токоподвода, закрепленных на одной образующей, ориентированной перпендикулярно боковой кромке ленты токоподвода, при этом расстояние между преобразователями одинаково.
33. Вихретоковая система по п. 21-32, отличающаяся тем, что в случае двустороннего покрытия включает несколько пар измерительных
195 преобразователей, причем измерительные преобразователи, расположенные над одной стороной покрытия и измерительные преобразователи, расположенные над противоположной стороной закреплены на отдельных образующих, ориентированных перпендикулярно боковой кромке ленты.
34. Вихретоковая система по п. 21-33, отличающаяся тем, что наименьшее
2oo расстояние между боковой гранью комбинированного измерительного преобразователя и боковой кромкой покрытия на ленте токоподвода составляет не менее высоты первого вихретокового датчика, а расстояние между ближайшими друг к другу боковыми гранями соседних комбинированных преобразователей составляет не менее двойной высоты первого датчика.
205 35. Вихретоковая система по п.21-34, отличающаяся тем, что дополнительно включает блок отметки дефектных зон, в пределах которых относительная величина контактного сопротивления между токоподводом и покрытием выходит за пределы установленного допуска, производящий отметки для каждого комбинированного измерительного преобразователя отдельно
2ю различными цветами в соответствии со степенью превышения величиной контактного сопротивления верхней границы допуска.
PCT/UA2006/000038 2005-11-07 2006-06-13 Eddy-current method and system for contactlessly determining resistance WO2007053129A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/321,075 US7982457B2 (en) 2005-11-07 2009-01-15 Method and eddy current system for non-contact determination of interface resistance

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200510499 2005-11-07
UAA200510499A UA80755C2 (en) 2005-11-07 2005-11-07 Method of noncontact measurement of resistance by eddy-current sensors and a device for the realization of the method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007053129A1 true WO2007053129A1 (en) 2007-05-10

Family

ID=38006162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2006/000038 WO2007053129A1 (en) 2005-11-07 2006-06-13 Eddy-current method and system for contactlessly determining resistance

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7982457B2 (ru)
UA (1) UA80755C2 (ru)
WO (1) WO2007053129A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU172091U1 (ru) * 2016-06-27 2017-06-28 Дмитрий Сергеевич Крюков Вихретоковый измерительный преобразователь
RU2626573C1 (ru) * 2016-10-19 2017-07-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" Устройство бесконтактного измерения электромагнитных параметров тонких пленок
RU179359U1 (ru) * 2017-11-24 2018-05-11 Дмитрий Сергеевич Крюков Вихретоковый измерительный преобразователь

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011111818A1 (de) * 2011-08-27 2013-02-28 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur generativen Herstellung eines Bauteils
US9721854B2 (en) 2012-12-05 2017-08-01 International Business Machines Corporation Structure and method for in-line defect non-contact tests
US9453878B2 (en) 2013-02-26 2016-09-27 Globalfoundries Inc. Characterization of interface resistance in a multi-layer conductive structure
US9669514B2 (en) * 2015-05-29 2017-06-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd System and method for polishing substrate
TW201819107A (zh) * 2016-08-26 2018-06-01 美商應用材料股份有限公司 用於化學機械研磨的研磨墊厚度監測
KR102496959B1 (ko) * 2017-07-10 2023-02-08 신토고교 가부시키가이샤 표면 특성 평가 방법, 표면 특성 평가 장치 및 표면 특성 평가 시스템
DE102018206794A1 (de) * 2018-05-03 2019-11-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Vermessung von Elektrodenfilmen
US10816583B2 (en) * 2018-11-28 2020-10-27 The Boeing Company Differential capacitive probe for measuring contact resistance
US11794305B2 (en) 2020-09-28 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Platen surface modification and high-performance pad conditioning to improve CMP performance
CN112285200B (zh) * 2020-11-20 2024-06-04 西安热工研究院有限公司 一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU278130A1 (ru) * Ю. Я. Останин Московский энергетический институт УСТРОЙСТВО дл ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ
US5068608A (en) * 1989-10-30 1991-11-26 Westinghouse Electric Corp. Multiple coil eddy current probe system and method for determining the length of a discontinuity
US5191286A (en) * 1991-06-17 1993-03-02 Helmut Fischer Method and probe for non-destructive measurement of the thickness of thin layers and coatings
RU2091785C1 (ru) * 1993-03-16 1997-09-27 Московское научно-производственное объединение "Спектр" Устройство для обнаружения дефектов в электропроводящих изделиях

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6549006B2 (en) * 2000-04-07 2003-04-15 Cuong Duy Le Eddy current measurements of thin-film metal coatings using a selectable calibration standard
US20040070393A1 (en) * 2002-04-08 2004-04-15 Moshe Sarfaty Differential measurement method using eddy-current sensing to resolve a stack of conducting films on substrates
US6961133B2 (en) * 2003-08-29 2005-11-01 The Boeing Company Method and apparatus for non-contact thickness measurement
US6975108B2 (en) * 2003-11-13 2005-12-13 Yuli Bilik Methods and devices for eddy current PCB inspection
WO2006042000A2 (en) * 2004-10-06 2006-04-20 Ener1 Group, Inc. Method and apparatus for electromagnetic-based quality inspection of battery dry electrode structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU278130A1 (ru) * Ю. Я. Останин Московский энергетический институт УСТРОЙСТВО дл ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ
US5068608A (en) * 1989-10-30 1991-11-26 Westinghouse Electric Corp. Multiple coil eddy current probe system and method for determining the length of a discontinuity
US5191286A (en) * 1991-06-17 1993-03-02 Helmut Fischer Method and probe for non-destructive measurement of the thickness of thin layers and coatings
RU2091785C1 (ru) * 1993-03-16 1997-09-27 Московское научно-производственное объединение "Спектр" Устройство для обнаружения дефектов в электропроводящих изделиях

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU172091U1 (ru) * 2016-06-27 2017-06-28 Дмитрий Сергеевич Крюков Вихретоковый измерительный преобразователь
RU2626573C1 (ru) * 2016-10-19 2017-07-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" Устройство бесконтактного измерения электромагнитных параметров тонких пленок
RU179359U1 (ru) * 2017-11-24 2018-05-11 Дмитрий Сергеевич Крюков Вихретоковый измерительный преобразователь

Also Published As

Publication number Publication date
UA80755C2 (en) 2007-10-25
US7982457B2 (en) 2011-07-19
US20110006761A1 (en) 2011-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007053129A1 (en) Eddy-current method and system for contactlessly determining resistance
US7355395B2 (en) Method and apparatus for eddy current-based quality inspection of dry electrode structure
US6815958B2 (en) Method and apparatus for measuring thickness of thin films with improved accuracy
RU2629901C2 (ru) Системы и способы измерения импеданса для определения компонентов твердых и текучих объектов
Ditchburn et al. Eddy-current nondestructive inspection with thin spiral coils: Long cracks in steel
US6040694A (en) Method and device for determining the thickness of an electrically conductive layer
CN111189908A (zh) 一种仿形柔性阵列涡流探头及检测方法
JPS60142246A (ja) 半導電材料又は導電材料の表面領域及び表面下領域の欠陥を検出するための装置、及びそのための方法
CN110568263B (zh) 带有金属涂层的导体多参数检测方法及装置
JP4039578B2 (ja) 磁気プローブ
WO2023010657A1 (zh) 用于管道无损检测的涡流检测系统
JPH0771905A (ja) 核燃料棒に析出した強磁性物質の厚みを決定する方法
CN108535329A (zh) 薄层导电材料的测试装置、表面电阻的测试方法、损伤信息的测试方法
Zhu et al. Simultaneous measurements of wire diameter and conductivity using a combined inductive and capacitive sensor
Yin et al. A combined inductive and capacitive non-destructive evaluation technique using a single spiral coil sensor
CN111595232B (zh) 金属导体表面金属涂层的厚度及电导率检测方法及装置
JP2001318080A (ja) 検出コイルとこの検出コイルを用いた検査装置
JPH05149923A (ja) 周波数位相変化による電磁誘導検査装置及びその検査方法
Cheng et al. Determination of layers’ thicknesses by spectral analysis of swept-frequency measurement signals
US9194687B1 (en) System and method for measuring non-conductive coating thickness using eddy currents
US20070096726A1 (en) Method for the contactless determination of a thickness
CN211478151U (zh) 一种用于曲面工件涡流检测的阵列探头
JP4551035B2 (ja) 導電体の厚み測定装置
Zhu et al. A dual mode nondestructive evaluation sensor with simultaneous inductive and capacitive outputs
Pokatilov et al. Inhomogeneity correction in calibration of electrical conductivity standards

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06769734

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1