Napredak u mjeri ekcentricnosti kabela temeljen na elektromagnetskoj indukciji: Premaživanje titranja i poboljšanje preciznosti

Jedan od ključnih izazova u mjeri online ekscentriciteta kabela je visoka brzina gibanja kabela. To zahtijeva opremu za mjerenje bez kontaktiranja koja može upravljati titrajem kabela. X - zračni ekscentrimetri kabela, temeljeni na optičkom prenosnom snimanju, mjeri dimenzije višestrukih slojeva kako bi se izračunao geometrijski središnji dio vodilaca u odnosu na ekscentricitet izolacije. Međutim, imaju nedostatke: spora brzina mjerenja (samo nekoliko puta po sekundi), povećani grešci zbog titraja kabela i visoke cijene.

1 Princip elektromagnetsko indukcije baziranih ekscentrimetara kabela

Ekscentrimetri kabela temeljeni na elektromagnetskoj indukciji kombiniraju optičko mjerenje promjera i elektromagnetsku indukciju za otkrivanje vodilaca. Mjeri električni središnji dio vodilaca (superioran geometrijskom ekscentricitetu) s visokom brzinom od tisuća mjerenja po sekundi. Brža mjerenja smanjuju utjecaj titraja, zamjenjujući X - zračne uređaje u scenarijima bez zahtjeva za višeslojnim dimenzijama.

Trenutni uvozeni proizvodi (prema javnim principima) koriste četiri induktivna zavojnika za otkrivanje magnetskih polja (kao na slici 1). Neki određuju centriranje vodilaca putem jednakosti jačine signala (prilagođavanjem prozora motorima ako nije jednako); drugi izračunavaju središnji dio vodilaca iz otkrivenih vrijednosti jačine signala.

2 Kontrola preciznosti mjerenja

Prilagođavanje motora uključuje proces, koji neizborno uzrokuje lag. To dovodi do nesinkronizacije između mjerenja izolacije i vodilaca, stvarajući greške uslijed zakasnelosti—veći titraj kabela rezultira većim greškama. U praksi, ovaj nedostatak se manifestira: ako se dogodi titraj kabela, rezultati mjerenja ekscentriciteta postaju nestabilni, s oscilacijama koje prelaze 1%. Ovo odražava grešku mjerenja opreme, a ne stvarno stanje kabela.

Međutim, ocjenjivanje centriranja vodilaca putem jednakosti jačine signala nije uvijek ispravno. Biot - Savartov zakon kaže: magnetska indukcija (B) izazvana strujnim elementom Idl u bilo kojoj točki prostora na udaljenosti r je:

Ova formula pokazuje da je magnetska indukcija obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti i proporcionalna sinusu kuta smjera θ, kao što je prikazano na slici 2.

Na osnovu toga, proveden je simulacijski račun odnosa intenziteta magnetskih polja na četiri točke u prostoru. Za praktičnost, postavljen je model prikazan na slici 3.

Točke 1, 2, 3 i 4 su ortogonalno i simetrično raspoređene, s O kao središnjom točkom. Neka se strujni element kreće duž srednje linije OP osi 2 i 3. Prema formuli (1), kada se strujni element nalazi na bilo kojoj točki na OP, B1 = B4 i B2 = B3 važe. Stoga, potrebno je ispitati varijaciju B1/B2 s ∠θ. Nakon računanja, dobiven je skup podataka, a generirana je grafika raspršenja, prikazana u tablici 1 i slici 4.

Kao što se vidi na slici 4, trend je nepravilan krivulja. Kako ∠θ raste, B1/B2 pada s 1 do ~0.268 (min), a zatim ponovno raste do 1. Dok su magnetska polja na četiri točke jednaka, strujni element je daleko od središnje točke O. U intervalu, svaka vrijednost (osim min) ima dvije točke—blizu min, točke su bliže.

Ovo se odnosi na jednu kvadrantu, a isto vrijedi i za ostale. Oslanjajući se na magnitudu magnetskih polja na četiri točke, ne može se ocijeniti centriranje vodilaca ili odrediti njegov središnji dio (magnetsko polje je vektorska, a ne skalarna veličina).

Stoga, kako bi se razvijao bolji ekscentrimetar, treba se izbjegavati slepo slijediti strane tvrtke. Novi princip: mjeri kutove smjera magnetskog polja θ₁, θ₂ na P₁/P₂ kako bi se odredio središnji dio izvora O (slika 5).

Ovaj princip se geometrijski sažima kao: Trokut je jedinstveno određen jednom stranicom i dvoma susjednim kutovima. Iako to vrijedi, praktična implementacija zahtijeva brzo, visoko precizno mjerenje slabi magnetskih polja.

Vodilaci kabela induciraju ~10mA struja u vanjskim izmjeničnim poljima. Senzori, razmaknuti od kabela, detektiraju slabe (~desetke nT) polja—zahtijevaju visoku osjetljivost, frekvencijsku odgovornost i niske šumove (prirodni šumovi utječu na preciznost).

3 Implementacija elektromagnetsko indukcije baziranih ekscentrimetara

Većina uvozenih proizvoda koristi zavojničke senzore; ova radionica odabire magnetoresistivne senzore. Mali senzori integriraju elektromagnetska i optička mjerenja na istom presjeku (minimalizirajući greške), s visokom konzistentnošću među senzorima. Magnetoresistivni senzori temeljeni na litografiji su idealni. U suprotnom, uvozeni proizvodi s zavojničkim senzorima razdvajaju mjerenja, trateći neoptičke segmente vodilaca kao identične—povećavajući greške.

Mjerenja temeljena na magnetoresistivnosti: 1000/s mjerenja, &plusmn;2% ponovljivost (100–200nT), &plusmn;0.2% za prosjek 1000 mjerenja, linearnost <0.5%. Usporedbe s uvozom su ograničene (bez podataka).

Kombinacija s brzim LED&times;CCD optičkim mjerenjem omogućuje stvarno vrijeme mjerenja ekscentriciteta (slika 6).

Tijekom svakog mjerenja, pozicije četiri točaka (A, B, C, D) na sloju izolacije i pozicija središnje točke vodilca P su sinkrono dobiveni. Ekscentriciteti u X i Y smjeru i ukupni ekscentricitet izračunavaju se koristeći sljedeće formule:

Za svako mjerenje, e_x, e_y, i e su prosječeni (nad određenim brojem uzoraka) kao konačni rezultat ekscentriciteta. Za prikaz koncentričnosti, koristi se Koncentričnost = 1 - Ekscentricitet. &Delta;x/&Delta;y (odstupanja u X/Y smjeru) omogućuju stvarno vrijeme prilagodbu glave ekstrudera za automatsko korekciranje ekscentriciteta kabela.

Brže mjerenje smanjuje greške titraja: 1000 mjerenja po sekundi dostižu preciznost na tisućinu mjesta. Većina uvozenih proizvoda (stotinjak mjerenja po sekundi) tvrdi preciznost ekscentriciteta pod pretpostavkom centriranog vodilca (usklađeno s preciznošću vanjskog promjera, dano kao &plusmn;&mu;m apsolutne vrijednosti, a ne procenata—neusklađeno).

3.1 Mjerenje promjera LED&times;CCD

Temelji se na telecentričnoj optici, koristi blokiranje svjetlosti kako bi se stvorile svjetle-tamne regije CCD-a. Algoritmi analiziraju rubove kako bi izračunali dimenzije. Globalna izlaganja CCD-a (istovremeno osjetljivo za piksele) uzrokuju mutnjenje rubova zbog titraja (vertikalno→ukoseni linije), ali algoritmi rješavaju rubove i eliminiraju greške.

3.2 Napomene o optičkom mjerenju promjera

Ne fokus, ali ključno: Mjerenje ekscentriciteta kabela zahtijeva stvarno vrijeme optičko uhvaćanje pozicija četiri vrha sloja izolacije (ne samo dimenzije). Metode skeniranja lasera motorima nose rizik asinkronih mjerenja. Stoga, sinkronizacija optičkih i elektromagnetskih mjerenja je ključna za razvoj instrumenta.

4 Zaključak

Elektromagnetsko indukcije bazirani instrument brzo mjeri električni središnji dio vodilaca, s niskom cijenom i prednostima. Rješavajući nedostatke uvozenih proizvoda u elektromagnetskom mjerenju, razvijen je novi fotoelektromagnetski ekscentrimetar kabela (preciznost na tisućinu mjesta).Tehnologija napreduje—buduće napredne materijale omogućit će veću preciznost, pogonjući napredak industrije.