Вихретоковый измеритель скорости Советский патент 1986 года по МПК G01P3/42 G01N27/90 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для бесконтактного измерения . скорости электропроводящих объектов контроля. Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения скорости за счет устранения влияния на резуль тирующий сигнал изменений толщины и электропроводности объекта контроля, изменения зазора между вихретоковым преобразователем устройства и объектом контроля и повышения инфор- мативности вихретокового преобразователя. На фиг,1 представлена блок-схема вихретокового измерителя скорости; на фиг,2 - векторная диаграмма, поясняющая работу вихретокового измерителя скорости; на фнг,3 - структурная схе ма блока стабилизации обобщенного .параметра, Бихретоковьш измеритель скорости соде.ржит вихретоковый преобразователь4 состоящий из возбулодающей катушки 1, первой, второй, третьей,чет вертой, пятой и шестой измерительных катушек 2, 3, 4, 5, 6, 7, управляемый генератор 8, блок 9 измерения зазора, блок 10 стабилизации обобщен ного параметра, nepBtitfi корректирующи усилитель 11, вычислительный блок 12 второй корректирующий ус1титель 13. Измеряют линейную скорость перемещения V объекта контроля 14, Возбуждаю щая катушка 1 выполнена плоской,прямоугольной формы,расположена параллельно объекту контроля 14 и подключена к управляемому генератору 8.Пер вая, вторая, третья, четвертая измерительные катушки 2, 3, 4, 5 выполне ны плоскими, прямоугольной формы и одинаковыми по размерам. Одинаковые по размерам пятая и шестая измерительные катушки 6, 7 также выполнены плоскими, прямоугольной формы.Пер вая измерительная катушка 2 перпенди кулярна третьей измерительной катушке 4, вторая измерительная катушка 3 перпендикулярна четвертой измеритель ной катшуке 5, пятая измерительная катушка 6 перпендикулярна шестой измерительной катушке 7, Линии пересечения , первой, третьей н второй, четвертой измерительных катушек 2, 3, 4, 5 расположены около противоположных сторон возбуждающей катушки 1, параллельны между собой и близлежащи 1 92 сторонам возбуждающей катушки 1, перпендикулярны линии пересечения пятой и шестой измерительных катушек 6, 7, расположенных рядом с третьей стороной возбуждающей катушки 1. Первая, вторая и пятая изме рительные катушки 2, 3, 6 лежат в одной плоскости с возбуждающей катушкой 1. Первая и вторая измерительные катушки 2, 3 включены дифференциально и соединены с первым и вторым входами первого корректирующего усилителя 11, Третьи и четвертая измерительные катушки 4, 5 соединены последовательно между собой и подключены к первому и.второму входам второго корректирующего усилите- , ля 13, Третьи входы первого 1t .и второго 13 корректирующих усилителей соединены с выходом управляемого генератора 8, Выходя пятой и шестой из- мерительных катушек 6, 7 соединены с входами блока 9 измерения зазора,кроме того, пятая измерительная катушка 6 подключена к первому и второму входам блока-10 стабилизации обобщенного параметра. Третий вход блока 10 стабилизации обобщенного параметра, подключен к выходу управляемого генератора 8. К первому входу вь|числительного блока 12 подключен ЁЫХОД первого корректирующего усилителя 11, к второму - выход второго корректирующего усилителя 13, к третье- ; му - выход блока 9 измерения зазора. Выход блока 10 стабилизации обобщенного параметра подключен к входу управляемого генератора 8, На фиг.2 буквами А, Б обозначены сечения противоположных сторон возбуждающей катушки 1, расположенные . поперек движения объекта контроля 14, А , Б - зеркальные изображения соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, когда скорость объекта контроля 14 равна нулю. А , Б смещение зеркального изображения соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, зависящее от скорости объекта контроля 14, Л, , Н -векторы напряженности магнитного поля вихревых токов противоположных сторон возбуждающей катушки 1, когда объект контроля 14 неподвижен. Их можно разложить на нормальные Н , Hfio и тангенциальные Н , составляющие, Н, , Hy-j - векторы напряженности магнитного поля вихревых токов соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, зависящие от скорости объекта контроля 14, но также разложить на нормальные Н„у, Н и тангенциальные Н, , составляющие. , , , , („, , углы положения векторов Н, , Ну, , Ног .HVI относительно оси X, Hg,, Hgj вектора напряженности магнитно го паля возбудителя соответствующих сторон возбуждающей катушки 1.1расстояние от линии пересечения первой и третьей, второй и четвертой, пятой и шестой измерительных катушек 2, 4,. 3, 5, 6, 7 до ближайшей стороны возбуждающей катушки 1, h - расст яние между возбуждающей катушкой 1 и объектом контроля 14. 10 стабилизации обобщенного параметра содержит преобразователь 1 фазового угла в напряжение, блок 16 сравнения,блок 17 опорного напряжения, причем к первому и второму входам преобразователя 15 фазового угла в напряжение подключена пятая измерительная катушка 6, продольная относительно направления скорости V, к третьему входу преобразователя 15 фазового угла в напряжение подключен выход управляемого генератора 8, а выход преобразователя 15 фазового угла в напряжение подключен к первому входу блока 16 сравнения, к второму входу блока 16 сравнения подсоединен выход блока 17 опорного напряжения, выход блока 16 сравнения подключен к входу управляемого генератора 8. Возбуждающая катушка 1 совместно с управляемым генератором 8 предназначена для возбуждения вихревых токов в объекте контроля 14. Первая, вторая,третья и четвертая измерительные катушки 2, 3, 4, 5 предназначены для определения нормальной Н, , ,и тангенциальной , составляющих напряженности магнитного поля . вихревых токов соответствующих сторон возбуждающей катушки 1 в зависимости от скорости объекта контроля 14, Пятая измерительная катушка 6 сов ,местно с блоком 10 стабилизации обобщенного параметра предназначена для формирования напряжения, зависящего от разности фаз напряжения возбуждающей катушки 1 и напряжения, наводимого вихревыми токами в пятую измерительную катушку 6, Компенсационные катушки для пятой и шестой измеритель ных катушек 6, 7 не показаны. Так как пятая измерительная катушка 6 находится рядом со стороной возбуясдающей катушки 1, расположенной вдоль направления движения объекта контроля 14, то фаза напряжения, наводимого в ней, зависит от электропроводности и толщины объекта контроля 14 и не зависит от его скорости движения. Пятая и шестая измерительные катушки 6, 7 совместно с блоком 9 измерения зазора служат для выделения информации о текущем зазоре h между вихретоковым преобразователем и объектом контроля 14независимо от скорости движения последнего. Блок 10 стабилизации обобщенного параметра предназначен для управления работой управляемого генератора 8 таким образом, чтобы обобщенный параметр fi f(u, Уд,,, а), где СО - круговая частота тока; njg .абсолютная магнитная проницаемость; (j - удельная электрическая проводимость; а - толщина объекта контроля 14, поддерживался постоянным для конкретного диапазона измерения скорости объекта контроля 14. Первый и второй корректирующие усилители 11, 13 предназначены для формирования напряжений с соответствующих измерительных катушек, пропорциональных скорости объекта контроля 14 и независящих от частоты управляемого генератора 8. Вычислительный блок 12, который может быть реализован, например, на микрокалькуляторе, предназначен для определения скорости объекта контроля 14 по соответствующему алгоритму с учетом изменения зазора. Преобразователь 15 фазового угла в напряжение предназначен для измерения фазы пятой измерительной катушки 6 относительно фазы возбуждающей катушки 1 и преобразования разности этих фаз в напряжение. Блок 16 сравнения предназначен для сравнения напряжения с выхода преобразователя фазового угла в напряжение 15и блока 17 опорного напряжения и формирования в зависимости от этого соответствующего напряжения поступающего на вход управляемого генератора 8, Блок 17 опорного напряжения предназначен для формирования напряения, эквивалентного оптимальному начению обобщенного параметра для онкретного диапазона изменения скоости объекта контроля 14,

Бихретоковый измеритель скорости работает следующим образом.

Когда скорость объекта контроля 14 равна нулю, напряжения, снимаемые с дифференциально включенных первой и второй измерительных катушек 2,3 и последовательно включенных третьей и четвертой измерительных катушек 4, 5, устанавливается равным нулю, т.е. производится балансировка измеритель ных катушек. При движении объекта контроля 14 зеркальное изображение соответствующих сторон возбуждающей- катушки 1 А , Б смещается вдоль направления движения в точке А , Б . Задача измерения скорости сводится поэтому к измерению интервала.АА или ББ , равных между собой, длина которых однозначно связана со скоростью движения объекта контроля 14 ил к измерению пространственных углов Cf - , или сруг - Чог Д определения скорости достаточно определить смещение хотя бы одного зеркального . изображения, но при этом необходима начальная компенсация возбуждающего напряжения, что усложняет конструкци преобразователя.

Из геометрических соображений (фиг.2). Аналогично ф(у) 2h ( гдег(у) - функция скоро Учитывая соединения щих измерительных кату ляя напряжения, наводи ревыми токами, в форму .получаем 9 (V) 2h , и, и где и, - напряжение, н первую измери ку 2;

и - напряжение, наводимоево

вторую измерительную катушку 3;

и - напряжение, наводимое в третью измерительную катушку 4 и. - напряжение, наводимое в

четвертую измерительную катушку 5,

Для определения h используем пятую и шестую измерительные катушки 6 7 совместно с блоком 9 измерения зазора. Из-за выбора соответствующих размеров возбуждающей катушки 1 и пятой, шестой измерительных катушек 6, 7 и расположение их вдоль стороны возбуждающей катушки 1, совпадающей с направлением движения объекта контроля 14, напряжения, наводимые в пятую и шестую измерительные катушки б, 7, не зависят от скорости, движения объекта контроля 14. Так как

2h Us . рь - 1 % /.ч 1 и; 2 - U5

где и - напряжение, наводимое в

шестую измерительную ка- тушку 7;

V,

напряжение, наводимое в пятую измерительную ка-тущку 6.

Подставляя значения 2h из уравнения (6) в уравнение (5), получаем |(V) 1 Hi и, ; u; и Так как значение Ih известно из конструкции вихретокового преобразователя, то определяя с помощью первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой измерительных катушек 2 3, 4, 5, 6, 7 напряжения, которые в них наводятся, и производя с ними операхдии по формуле (7), получаем значения напряжения, соответствующее скорости контролируемого 14, На выходе блока 9 измерения зазора формируется сигнал, име11бющий значение I и независящий от скорости объекта контроля 14. На выходе первого корректирующего усилителя 11 формируется сигнал, -имеющий значение U, + U2, а па выходе второго корректирующего усилителя 13 формируется сигнал, имеющий значение } + 4 Сигналы с выходов первого и второго корректирующих усилителей 11, 13 зависят от скорости объекта контроля 14 и не зависят от частоты управляемого генератора 8. В вычислительном блоке 12 производятся ,операции, соответствующие уравнению (7), и с его выхода снимается напряжение, пропорциональное скорости объекта контроля.14, Но на значение сигнала с выхода вычислительного бло ка 12 аналогично изменению скорости контролируемого объекта контроля 14 влияет изменение его обобщенного параметра, зависящего в данном случае в большей степени от изменения этого явления, поэтому введен блок 10 стабилизации обобщенного параметра |J . Из годографов можно определить оптимальное значение обобщенного параметра И для конкретного диапазона из менения скоростей объекта контроля 14. В.блоке 17 опорного напряжения сформировано напряжение, эквивалентное оптимальному значению р для опруе деленного диапазона изменения скорости. Текущее значение |} объекта .кон троля 14 определяют с помощью преобразователя 15 фазового угла в напряжение, на первый и второй входы кото. рого поступает напряжение с пятой измерительной катушки 6, а на третий вход - напряжение с выхода управляемого генератора 8, Преобразователем 15 фазового угла в напряжение измеряется разность фаз между этими сигналами, соответствующая обобщенному параметру р , и формируется напряжекие, эквивалентное этой разности фаз В блоке 16 сравнения происходит срав нение напряжения, поступающего с выхода преобразователя 15 фазового угл в напряжение и с блока 17 опорного напряжения. Если эти напряжения равны, то на выходе блока 16 сравнения не формируется управляющий сигнал и частота управляемого генератора 8 не меняется. Если эти напряжения не рав ны между собой, то с выхода блока 16 сравнения поступает сигнал на вход управляемого генератора 8, которьй изменяет частоту последнего до тех пор, пока напряжение с выхода преобразователя 15 фазового угла в напряжение и блока 17 опорного напряжения не будут равны. Таким образом, производится стабилизация обобщенного параметра . Фо-рм ла изобретения Вихретоковый измеритель скорости, содержащий вихретоковьй преобразователь с плоской прямоугольной формы возбуждающей катушкой, подключенной к управляемому генератору, и плоски|МИ прямоугольной формы равными по размерам первой и второй измерительными катушками, включенными между собой дифференциально и соединенными с первым и вторым входами первого корректирующего усилителя, третий вход первого корректирующего усилителя соединен с выходом управляемого генератора, а выход - с первым входом вычислительного блока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, в него дополнительно введен второй корректирующий усилитель, а вихретоковый преобразователь снабжен плоскими прямоугольной формы третьей, четвертой, пятой и шестой измерительными катушками, одинаковые по размерам первая и третья, вторая и четвертая, пятая и шестая измерительные катушки конструктивно выполнены соответственно взаимно перпендикулярными, линии пересечения первой, третьей и второй, четвертой измерительньгх катушек расположены около противоположных сторон возбуждающей катушки, параллельны между собой и близлежапщм сторонам возбуждающей сатушки, а также перпендикулярны линии пересечения пятой и шестой измерительных катушек, расположенной рядом с третьей стороной возбуждающей катушки, первая, вторая и пятая измерительные катушки лежат в одной плоскости с возбуждающей катушкой при этом первьй и второй входы второго корректирующего усилителя подключены к последовательно, соединенным третьей и четвертой измерительным катушкам, третий вход второго корректирующего усилителя соединен с выходом управляемого генератора, а вькод- с вторым входом вычислитель- . ного блока, блок измерения зазора, входы которого соединены с пятой и шестой .измерительными катушками, а выход - с третьим входом вычислительного блока, блок стабилизации обобщенного параметра, первьй и второй входы которого соединены с пятой измерительной катушкой, третий вход с выходом управляемого генератора, а выход - с входом управляемого генератора.

Изобретение может применяться для бесконтактного измерения скорости электропроводящих объектов контроля. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения скорости.Устройство содержит вихретоковьш преобразователь, состоящий из возбуждающей катушки 1, измерительных катушек 2, 3, 4, 5, 6 и 7,генератор 8, блок 9 измерения зазора, блок 10 стабилизации обобщенного параметра, кoppeктиpyющIie усилители 11 и 13, вычислительный блок 12 и объект 14 контроля, линейную скорость перемещения которого измеряют. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет устранить влияние на результирующий сигнал изменений толщины и электропроводности объекта конс iS , изменения зазора между вихретоковым преобразователем устройства и объектом . 14 контроля и повышения - информативности вихретокового преобразователя. 3 ил.