التقدم في قياس الانحراف المغناطيسي القائم على الحث الكهرومغناطيسي: التغلب على الاهتزاز وتعزيز الدقة
تعتبر السرعة العالية للحركة الكابلية تحدياً رئيسياً في قياس الانحراف المركزي للأسلاك عبر الإنترنت. هذا يتطلب معدات قياس غير ملامسة قادرة على التعامل مع اهتزاز الكابل. تقوم أجهزة قياس الانحراف المركزي بالأشعة السينية، التي تعتمد على التصوير الضوئي للنقل، بقياس أبعاد المحيط المتعددة الطبقات لحساب مركز الهندسة النسبي للأقطاب بالنسبة للانحراف المركزي العازل. ومع ذلك، لديها عيوب: سرعة القياس البطيئة (بضع مرات في الثانية)، زيادة الأخطاء بسبب اهتزاز الكابل، والتكلفة العالية.
1 مبدأ أجهزة قياس الانحراف المركزي القائمة على الاستقراء الكهرومغناطيسي
تجمع أجهزة قياس الانحراف المركزي القائمة على الاستقراء الكهرومغناطيسي بين قياس القطر البصري وكشف القطب باستخدام الاستقراء الكهرومغناطيسي. تقوم هذه الأجهزة بقياس المركز الكهربائي للقاطع (أفضل من الانحراف المركزي الهندسي) بسرعة عالية تصل إلى آلاف القياسات في الثانية. تقلل سرعة القياس العالية من تأثير الاهتزاز، مما يحل محل أجهزة الأشعة السينية في الحالات التي لا تتطلب أبعاد متعددة الطبقات.
الأجهزة المستوردة الحالية (وفقًا للمبادئ العامة المعروفة) تستخدم أربع ملفات استقرائية لكشف المجالات المغناطيسية (كما هو موضح في الشكل 1). بعضها يحدد تمركز القطب من خلال قوة الإشارة المتساوية (وإذا كانت غير متساوية، يتم ضبط النافذة بواسطة المحركات)؛ بينما البعض الآخر يقوم بحساب مركز القطب من قوة الإشارة المكتشفة.
2 السيطرة على دقة القياس
يتضمن تعديل المحرك عملية، مما يؤدي حتماً إلى تأخر. هذا يؤدي إلى عدم التزامن بين قياس العازل والقاطع، مما يخلق أخطاء تأخير - كلما زاد اهتزاز الكابل، زادت الأخطاء. في الواقع، يظهر هذا العيب عندما يحدث اهتزاز الكابل، فإن نتائج قياس الانحراف المركزي تصبح غير مستقرة، مع تقلبات تتجاوز 1٪. وهذا يعكس خطأ القياس في الجهاز وليس حالة الكابل الفعلية.
ومع ذلك، ليس دائماً صحيحًا أن تقدير تمركز القطب من خلال قوة الإشارة المتساوية. يشير قانون بييوت-سافار إلى أن شدة الاستقراء المغناطيسي (B) الذي يثيره عنصر التيار Idl في أي نقطة في الفضاء على مسافة r هو:
يشير هذا القانون إلى أن شدة الاستقراء المغناطيسي تكون عكسياً تناسبية مع مربع المسافة وتناسبية مع جيب الزاوية θ كما هو موضح في الشكل 2.
بناءً على هذا، يتم إجراء حساب محاكي للعلاقة بين شدة المجالات المغناطيسية في أربع نقاط في الفضاء. من أجل الراحة، تم إنشاء نموذج كما هو موضح في الشكل 3.
النقاط 1 و2 و3 و4 موزعة بشكل متعامد ومتناظر، مع O كنقطة مركز. دعنا عنصر التيار يتحرك على طول الخط الوسطي OP للمحاور 2 و3. وفقًا للمعادلة (1)، عندما يكون عنصر التيار في أي نقطة على OP، B1 = B4 و B2 = B3. بالتالي، ما يحتاج فقط إلى فحص هو تغير B1/B2 مع ∠θ. بعد الحساب، يتم الحصول على مجموعة من البيانات وتوليد رسم تشتت للاتجاه، كما هو موضح في الجدول 1 والشكل 4.
كما هو موضح في الشكل 4، فإن الاتجاه هو منحنى غير منتظم. مع زيادة ∠θ، ينخفض B1/B2 من 1 إلى حوالي 0.268 (الحد الأدنى)، ثم يرتفع مرة أخرى إلى 1. بينما تتساوى المجالات المغناطيسية عند النقاط الأربعة، يكون عنصر التيار بعيدًا عن المركز O. في الفترة، لكل قيمة (باستثناء الحد الأدنى) نقطتان - كلما اقتربت من الحد الأدنى، كانت النقاط أقرب.
هذا ينطبق على ربع واحد، ويكون الأمر نفسه بالنسبة للأرباع الأخرى. الاعتماد على شدة المجال المغناطيسي عند أربع نقاط لا يمكن أن يحدد تمركز القطب أو يحدد مركزه (المجال المغناطيسي هو متجه وليس كمية قياسية).
لذلك، لتطوير جهاز قياس انحراف مركزي أفضل، يجب تجنب المتابعة الأعمى للشركات الأجنبية. مبدأ جديد: قم بقياس زوايا الاتجاه المغناطيسي θ₁ و θ₂ عند P₁/P₂ لتحديد مركز المصدر O (الشكل 5).
يمكن تلخيص هذا المبدأ هندسياً بأنه: يتم تحديد مثلث بشكل فريد بواسطة جانب واحد وزاويتين متجاورتين. بينما هذا صحيح، فإن التنفيذ العملي يتطلب قياس مجالات مغناطيسية ضعيفة بسرعة ودقة عالية.
تقوم أسلاك الكابل بإثارة تيار يبلغ حوالي 10 ميلي أمبير في المجالات المتناوبة الخارجية. تقوم المستشعرات، التي تبعد عن الكابلات، باكتشاف مجالات مغناطيسية ضعيفة (حوالي عشرات النانوتيسلا) - مما يتطلب حساسية عالية واستجابة ترددي وضوضاء منخفضة (الضوضاء الداخلية تؤثر على الدقة).
3 تنفيذ أجهزة قياس الانحراف المركزي القائمة على الاستقراء الكهرومغناطيسي
معظم المنتجات المستوردة تستخدم مستشعرات ملفات. في هذا البحث، تم اختيار مستشعرات مقاومة مغناطيسية. تتكامل المستشعرات الصغيرة الحجم بين القياسات الكهرومغناطيسية والبصري على نفس المقاطع العرضية (لتقليل الأخطاء)، مع توافق عالٍ بين المستشعرات. تعتبر مستشعرات المقاومة المغناطيسية المستندة إلى الليثوغراف مثالية. في المقابل، تفصل المنتجات المستوردة المستندة إلى مستشعرات الملفات بين القياسات، وتعتبر المقاطع غير البصرية للقاطع متطابقة - مما يزيد من الأخطاء.
القياسات المستندة إلى المقاومة المغناطيسية: 1000 قياس/ثانية، تكرار ±2% (100-200 نانوتيسلا)، ±0.2% لمتوسط 1000 قياس، خطية <0.5%. المقارنات مع المستوردات محدودة (لا توجد بيانات).
بالجمع مع القياس البصري LED×CCD السريع، يمكن تحقيق قياس الانحراف المركزي في الوقت الحقيقي (الشكل 6).
خلال كل قياس، يتم الحصول بشكل متزامن على مواقع أربع نقاط (A و B و C و D) على طبقة العازل وموقع مركز القطب P. يتم حساب الانحرافات في الاتجاه X والاتجاه Y والانحراف الكلي باستخدام المعادلات التالية:
لكل قياس، يتم حساب المتوسط ex و ey و e (على عدد محدد من العينات) كنتيجة النهائية للانحراف المركزي. لعرض التركز، استخدم التركز = 1 - الانحراف المركزي. Δx/Δy (انحرافات الاتجاه X/Y) تمكن من تعديل رأس البثق في الوقت الحقيقي لتصحيح الانحراف المركزي التلقائي للكابل.
سرعات القياس الأسرع تقلل من أخطاء الاهتزاز: 1000 قياس/ثانية تحقق دقة بالألف. معظم المنتجات المستوردة (مئات القياسات/ثانية) تدعي دقة الانحراف المركزي بافتراض أن القطب متمركز (تطابق دقة القطر الخارجي، المعطاة كقيم مطلقة ±μm، وليس كنسب مئوية - غير متوافقة).
3.1 قياس القطر باستخدام LED×CCD
يعتمد على البصريات التلسينترية، ويستخدم حجب الضوء لإنشاء مناطق CCD مضيئة وخفيفة. تقوم الخوارزميات بتحليل الحواف لحساب الأبعاد. تعرض CCD العالمية (التي تحس بأي وقت واحد) تسبب تشويه الحواف بسبب الاهتزاز (رأسياً إلى خطوط مائلة)، ولكن الخوارزميات تحل الحواف وتزيل الأخطاء.
3.2 ملاحظات على قياس القطر البصري
ليس التركيز الرئيسي، ولكنه مهم: يتطلب قياس الانحراف المركزي للكابل التقاط بصرية في الوقت الحقيقي لمواقع أربعة رؤوس طبقة العازل (وليس فقط الأبعاد). قد تؤدي الطرق الماسح الضوئي بالمحرك إلى أخطاء قياس غير متزامنة. لذلك، يعد التزامن بين القياسات البصرية والاستقراء الكهرومغناطيسي أمرًا حاسمًا لتطوير الجهاز.
4 خاتمة
يقوم الجهاز القائم على الاستقراء الكهرومغناطيسي بقياس مركز القطب الكهربائي بسرعة وبتكلفة منخفضة ومزايا. لمعالجة عيوب القياس الكهرومغناطيسي في المنتجات المستوردة، تم تطوير جهاز قياس انحراف مركزي جديد (بدقة بالألف). تتطور التكنولوجيا - ستتمكن التقدمات في المواد في المستقبل من تحقيق دقة أعلى، مما يدفع التقدم في الصناعة.
