Avancées dans la mesure de l'excentricité des câbles basée sur l'induction électromagnétique : Surmonter les fluctuations et améliorer la précision
Un défi majeur de la mesure en ligne de l'excentricité des câbles est le mouvement à haute vitesse des câbles. Cela nécessite un équipement de mesure sans contact capable de gérer les vibrations du câble. Les excentrimètres de câble à rayons X, basés sur l'imagerie par transmission optique, mesurent les dimensions de contour multicouches pour calculer le centre géométrique des conducteurs par rapport à l'excentricité de l'isolation. Cependant, ils présentent des inconvénients : une vitesse de mesure lente (seulement quelques fois par seconde), une augmentation des erreurs dues aux vibrations du câble et des coûts élevés.
1 Principe des excentrimètres de câble basés sur l'induction électromagnétique
Les excentrimètres de câble basés sur l'induction électromagnétique combinent la mesure du diamètre optique et l'induction électromagnétique pour la détection des conducteurs. Ils mesurent le centre électrique du conducteur (supérieur à l'excentricité géométrique) avec une vitesse élevée de plusieurs milliers de mesures par seconde. Une mesure plus rapide réduit l'impact des vibrations, remplaçant les dispositifs à rayons X dans les scénarios n'ayant pas besoin de dimensions multicouches.
Les produits importés actuels (selon les principes publics) utilisent quatre bobines inductives pour détecter les champs magnétiques (comme dans la Figure 1). Certains déterminent le centrage du conducteur via une force de signal égale (ajustant la fenêtre avec des moteurs si inégaux) ; d'autres calculent le centre du conducteur à partir de la force de signal détectée.
2 Contrôle de la précision de mesure
L'ajustement par moteur implique un processus, entraînant inévitablement un retard. Cela conduit à une désynchronisation entre les mesures de l'isolation et du conducteur, créant des erreurs de retard - plus les vibrations du câble sont sévères, plus les erreurs sont grandes. En pratique, ce défaut se manifeste : si des vibrations de câble se produisent, les résultats de mesure d'excentricité deviennent instables, avec des fluctuations dépassant 1%. Cela reflète l'erreur de mesure de l'équipement, et non l'état réel du câble.
Cependant, juger du centrage du conducteur par une force de signal égale n'est pas toujours valable. La loi de Biot-Savart stipule : l'intensité d'induction magnétique (B) excitée par un élément de courant Idl en tout point de l'espace à une distance r est :
Cette formule indique que l'intensité d'induction magnétique est inversement proportionnelle au carré de la distance et proportionnelle au sinus de l'angle de direction θ, comme illustré dans la Figure 2.
Sur cette base, un calcul de simulation de la relation entre les intensités des champs magnétiques en quatre points de l'espace est effectué. Pour simplifier, un modèle tel que celui de la Figure 3 est établi.
Les points 1, 2, 3 et 4 sont distribués orthogonalement et symétriquement, avec O comme point central. Laissez l'élément de courant se déplacer le long de la ligne médiane OP des axes 2 et 3. Selon la Formule (1), lorsque l'élément de courant est à n'importe quel point sur OP, B1 = B4 et B2 = B3 s'appliquent. Ainsi, il suffit d'examiner la variation de B1/B2 avec ∠θ. Après le calcul, un ensemble de données est obtenu, et un graphique de tendance en nuage de points est généré, comme indiqué dans le Tableau 1 et la Figure 4.
Comme on le voit dans la Figure 4, la tendance est une courbe irrégulière. À mesure que ∠θ augmente, B1/B2 passe de 1 à environ 0,268 (min), puis remonte à 1. Alors que les champs magnétiques en quatre points se stabilisent, l'élément de courant est loin du centre O. Dans cet intervalle, chaque valeur (sauf min) a deux points - plus proche de min, les points sont plus proches.
Cela s'applique à un quadrant, et la même chose s'applique aux autres. Se fier aux magnitudes des champs magnétiques en quatre points ne permet pas de juger du centrage du conducteur ou de déterminer son centre (le champ magnétique est un vecteur, pas un scalaire).
Ainsi, pour développer un meilleur excentrimètre, évitez de suivre aveuglément les entreprises étrangères. Un nouveau principe : mesurer les angles de direction des champs magnétiques θ₁, θ₂ en P₁/P₂ pour déterminer le centre source O (Figure 5).
Ce principe est résumé géométriquement comme suit : un triangle est unique déterminé par un côté et deux angles adjacents inclus. Bien que cela soit vrai, la mise en œuvre pratique nécessite une mesure rapide et précise de faibles champs magnétiques.
Les conducteurs de câbles induisent un courant d'environ 10 mA dans des champs alternatifs externes. Des capteurs, espacés des câbles, détectent des champs faibles (en dizaines de nT) - nécessitant une sensibilité, une réponse en fréquence et un bruit faible (le bruit inhérent affecte la précision).
3 Mise en œuvre des excentrimètres basés sur l'induction électromagnétique
La plupart des produits importés utilisent des capteurs à bobine ; cet article sélectionne des capteurs magnéto-résistifs. De petits capteurs intègrent les mesures électromagnétiques et optiques sur la même section transversale (minimisant les erreurs), avec une forte cohérence inter-capteurs. Les capteurs magnéto-résistifs basés sur la lithographie sont idéaux. En revanche, les produits importés à base de bobine séparent les mesures, traitant les segments de conducteur non optiques comme identiques - augmentant les erreurs.
Mesures basées sur la magnéto-résistance : 1000 mesures/s, reproductibilité ±2% (100-200 nT), ±0,2% pour les moyennes de 1000 mesures, linéarité <0,5%. Les comparaisons avec les importations sont limitées (pas de données).
La combinaison avec une mesure optique LED×CCD rapide permet une mesure en temps réel de l'excentricité (Figure 6).
Lors de chaque mesure, les positions de quatre points (A, B, C, D) sur la couche d'isolation et la position du point central du conducteur P sont obtenues de manière synchrone. L'excentricité dans les directions X et Y et l'excentricité totale sont calculées en utilisant les formules suivantes :
Pour chaque mesure, ex, ey et e sont moyennés (sur un nombre défini d'échantillons) comme résultat final d'excentricité. Pour afficher la concentricité, utilisez Concentricité = 1 - Excentricité. Δx/Δy (déviations dans les directions X/Y) permettent des ajustements en temps réel de la tête d'extrusion pour une correction automatique de l'excentricité du câble.
Des vitesses de mesure plus rapides réduisent les erreurs de vibration : 1000 mesures/seconde atteignent une précision à la millième. La plupart des produits importés (centaines de mesures/seconde) prétendent avoir une précision d'excentricité en supposant un conducteur centré (correspondant à la précision du diamètre extérieur, donnée en ±μm valeurs absolues, pas en pourcentage - non conforme).
3.1 Mesure de diamètre LED×CCD
Basée sur l'optique télécéntrique, elle utilise l'obstruction de la lumière pour créer des régions CCD claires et sombres. Des algorithmes analysent les bords pour calculer les dimensions. L'exposition globale de la CCD (sensibilisation simultanée des pixels) cause un flou des bords dû aux vibrations (verticales → lignes obliques), mais les algorithmes résolvent les bords et éliminent les erreurs.
3.2 Notes sur la mesure de diamètre optique
Non le point central, mais clé : la mesure de l'excentricité des câbles nécessite une capture optique en temps réel des positions de quatre sommets de la couche d'isolation (pas seulement les dimensions). Les méthodes de balayage laser par moteur risquent des erreurs de mesure asynchrones. Ainsi, la synchronisation des mesures optiques et électromagnétiques est cruciale pour le développement de l'instrument.
4 Conclusion
L'instrument basé sur l'induction électromagnétique mesure rapidement le centre électrique du conducteur, avec un coût faible et des avantages. En abordant les défauts de mesure électromagnétique des produits importés, un nouvel excentrimètre photoélectromagnétique de câble est développé (précision à la millième). La technologie évolue - les avancées futures des matériaux permettront une plus grande précision, propulsant la progression de l'industrie.
