Pag-unlad sa Pagsukat ng Cable Eccentricity Batay sa Electromagnetic Induction: Pagtagumpay sa Jitter at Paghahanda ng Katumpakan
Isang pangunahing hamon sa online na pagsukat ng eksisentrisidad ng kable ang mabilis na paggalaw ng kable. Ito ay nangangailangan ng mga kagamitang hindi nagkokontak na maaaring makontrol ang pagkalito ng kable. Ang mga X-ray cable eccentricimeters, batay sa optical transmission imaging, ay sumusukat ng multi-layer contour dimensions upang makalkula ang heometrikong sentro ng mga conductor sa relasyon sa eksisentrisidad ng insulation. Gayunpaman, may mga limitasyon sila: mabagal na bilis ng pagsukat (kunwari ilang beses bawat segundo), lumalaking mga error dahil sa pagkalito ng kable, at mataas na gastos.
1 Paresermin ng Electromagnetic Induction-Based Cable Eccentricimeters
Ang mga electromagnetic induction-based cable eccentricimeters ay naglalapat ng sukat ng diametro ng optikal at electromagnetic induction para sa pagtukoy ng mga conductor. Sila ay sumusukat ng elektrikal na sentro ng conductor (mas mahusay kaysa sa heometrikong eksisentrisidad), na may mataas na bilis ng libu-libong pagsukat bawat segundo. Ang mas mabilis na pagsukat ay binabawasan ang epekto ng pagkalito, na nagpapalit sa mga X-ray device sa mga sitwasyon na walang kinakailangang multi-layer dimension requirements.
Ang kasalukuyang mga produktong inuwi (batay sa publiko na prinsipyo) ay gumagamit ng apat na inductive coils upang tuklasin ang mga magnetic field (tulad ng ipinapakita sa Figure 1). Ang iba ay nagtukoy ng sentrong conductor sa pamamagitan ng pantay na lakas ng signal (pinapalit ang window sa motors kung hindi pantay); ang iba naman ay nakakalkula ng sentrong conductor mula sa natuklasan na lakas ng signal.
2 Kontrol ng Katumpakan ng Pagsukat
Ang pag-ayos ng motor ay isang proseso, na hindi mapigilan ang pagka-delay. Ito ay nagdudulot ng desynchronization sa pagitan ng pagsukat ng insulation at conductor, na nagdudulot ng delay errors—ang mas malubhang pagkalito ng kable ay nagdudulot ng mas malaking error. Sa praktikal, ito ay ipinapakita: kapag nagkaroon ng pagkalito ang kable, ang resulta ng pagsukat ng eksisentrisidad ay naging unstable, na may pagbabago na higit sa 1%. Ito ay nagpapakita ng error sa pagsukat ng kagamitan, hindi ang aktwal na kondisyon ng kable.
Gayunpaman, ang paghuhusga ng sentrong conductor sa pamamagitan ng pantay na lakas ng signal ay hindi palaging wasto. Ayon sa Batas ni Biot-Savart: ang magnetic induction intensity (B) na ininduce ng current element Idl sa anumang punto sa espasyo sa layo na r ay:
Ang formula na ito ay nagpapakita na ang magnetic induction intensity ay inversely proportional sa kwadrado ng layo at directly proportional sa sine ng direksyonal na anggulo θ, tulad ng ipinapakita sa Figure 2.
Batay dito, isinagawa ang simulasyon ng relasyon ng intensidad ng magnetic field sa apat na puntos sa espasyo. Para sa kaginhawahan, isinagawa ang modelo tulad ng ipinapakita sa Figure 3.
Ang Mga Punto 1, 2, 3, at 4 ay orthogonal at symmetrically distributed, na may O bilang sentral na punto. Hayaang ang current element ay galawin sa gitna ng OP ng axes 2 at 3. Ayon sa Formula (1), kapag ang current element ay nasa anumang punto sa OP, ang B1 = B4 at B2 = B3 ay totoo. Kaya, ang kailangan lang ay ang pagtingin sa pagbabago ng B1/B2 sa ∠θ. Matapos ang pagsusuri, nakamit ang isang set ng data, at ginawa ang isang scatter trend graph, tulad ng ipinapakita sa Table 1 at Figure 4.
Tulad ng ipinapakita sa Figure 4, ang trend ay isang irregular na kurba. Habang ang ∠θ ay tumataas, ang B1/B2 ay bumababa mula 1 hanggang ~0.268 (min), pagkatapos ay umakyat muli hanggang 1. Habang pantay ang mga magnetic fields sa apat na puntos, ang current element ay malayo sa sentral na punto O. Sa interval, bawat value (maliban sa min) ay may dalawang puntos—mas malapit sa min, mas malapit ang mga puntos.
Ito ay aplikable sa isang quadrant, at ang parehong prinsipyong ito ay tumutugon sa iba. Ang pagtitiwala sa magnitud ng magnetic field sa apat na puntos ay hindi sapat upang matukoy ang sentrong conductor o matukoy ang kanyang sentro (ang magnetic field ay isang vector, hindi scalar).
Kaya, upang mabuo ang isang mas mahusay na eccentricimeter, huwag sundin ang mga dayuhang kompanya. Isang bagong prinsipyo: sukatin ang direction angles θ₁, θ₂ sa P₁/P₂ upang matukoy ang source center O (Figure 5).
Ang prinsipyong ito ay geometrically summarized bilang: Isang triangle ay uniquely determined ng isang side at dalawang adjacent na included angles. Habang totoong ito, ang praktikal na pag-implement ay nangangailangan ng high-speed, high-precision measurement ng weak magnetic fields.
Ang mga conductor ng kable ay nag-iinduce ng ~10mA current sa external alternating fields. Ang mga sensor, na naka-spaced mula sa mga kable, ay nagsusukat ng mga weak (~dozens of nT) fields—nangangailangan ng mataas na sensitibidad, frequency response, at mababang noise (ang inherent noise ay nakakaapekto sa katumpakan).
3 Implementasyon ng Electromagnetic Induction-Based Eccentricimeters
Ang karamihan sa mga inuwing produkto ay gumagamit ng coil sensors; ang papel na ito ay pinili ang magnetoresistive sensors. Ang mga maliliit na sensors ay nag-iintegrate ng electromagnetic/optical measurements sa iisang cross-section (minimizing errors), na may mataas na consistency sa pagitan ng mga sensor. Ang lithography-based magnetoresistive sensors ay ideyal. Sa katunayan, ang mga inuwing coil-sensor products ay hiwalay ang mga pagsukat, na itinreat ang non-optical conductor segments bilang identical—nagdudulot ng mas maraming error.
Magnetoresistive-based measurements: 1000/s measurements, ±2% repeatability (100–200nT), ±0.2% para sa 1000-measurement averages, linearity <0.5%. Limited ang mga paghahambing sa imports (walang data).
Ang kombinasyon ng mabilis na LED×CCD optical measurement ay nagbibigay ng real-time eccentricity measurement (Figure 6).
Sa bawat pagsukat, ang posisyon ng apat na puntos (A, B, C, D) sa insulation layer at ang posisyon ng sentrong punto ng conductor P ay synchronously obtained. Ang mga eksisentrisidad sa X at Y directions at ang kabuuang eksisentrisidad ay nakalkula gamit ang mga sumusunod na formulas:
Para sa bawat pagsukat, ang ex, ey, at e ay averaged (over a set number of samples) bilang final eccentricity result. Upang ipakita ang concentricity, gamitin ang Concentricity = 1 - Eccentricity. Ang Δx/Δ y (X/Y-direction deviations) ay nagbibigay ng real-time adjustments sa extruder head para sa automatic cable eccentricity correction.
Ang mas mabilis na bilis ng pagsukat ay binabawasan ang mga error sa pagkalito: 1000 pagsukat bawat segundo ay nag-aabot ng thousandth-place accuracy. Ang karamihan sa mga inuwing produkto (hundreds of measurements/second) ay nagsasabing ang eksisentrisidad accuracy ay assuming na centered conductor (matching outer-diameter precision, ibinibigay bilang ±μm absolute values, hindi percentages—non-compliant).
3.1 LED×CCD Diameter Measurement
Batay sa telecentric optics, ito ay gumagamit ng light-blocking upang lumikha ng bright-dark CCD regions. Ang mga algorithm ay nag-aanalisa ng mga edge upang kalkulahin ang mga dimensyon. Ang global CCD exposure (simultaneous pixel sensing) ay nagdudulot ng pagkalito-induced edge blurring (vertical→slanted lines), ngunit ang mga algorithm ay nagreresolba ng mga edge at nag-eeliminate ng mga error.
3.2 Optical Diameter Measurement Notes
Hindi ang focus, ngunit mahalaga: Ang pagsukat ng eksisentrisidad ng kable ay nangangailangan ng real-time optical capture ng apat na vertex positions ng insulation layer (hindi lamang ang mga dimensyon). Ang mga motor-scanned laser methods ay may risk ng asynchronous-measurement errors. Kaya, ang synchronizing ng optical at electromagnetic measurements ay critical para sa pagbuo ng instrument.
4 Conclusion
Ang electromagnetic-induction-based instrument ay mabilis na sumusukat ng elektrikal na sentro ng conductor, na may mababang gastos at mga benepisyo. Tinalo ang mga limitasyon ng imported products sa electromagnetic measurement, ang isang bagong photoelectromagnetic cable eccentricity meter ay nabuo (thousandth-place accuracy). Ang teknolohiya ay patuloy na umuunlad—sa hinaharap, ang mga pag-unlad sa materyales ay magbibigay ng mas mataas na precision, na nagpapadala ng industriya sa progreso.
