Az elektromos indukció alapján történő kábel excentricitás-mérés fejlődése: A rezgések leküzdése és a pontosság növelése
Az online kábelek excentricitásának mérésének egyik alapvető kihívása a kábel gyors mozgása. Ez nem érintő mérőeszközöket igényel, amelyek képesek kezelni a kábel rezgései. A sugárzás alapú kábel excentrométerek, melyek optikai átmeneti képfeldolgozást használnak, többrétegű kontúr dimenziókat mérik, hogy kiszámíthassák a vezeték geometriai központját a hőszigeteléshez viszonyítva. Azonban ezeknek vannak hátrányai: lassú mérési sebesség (csak néhány alkalommal másodpercenként), növekvő hibák a kábel rezgései miatt, valamint magas költségek.
1 Elektromágneses indukció alapú kábel excentrométerek elve
Az elektromágneses indukció alapú kábel excentrométerek kombinálják az optikai átmérő-mérést és az elektromágneses indukciót a vezeték detektálásához. Mérnek a vezeték elektromos központját (ami a geometriai excentricitással szemben jobb), ezzel milliók mértékeket másodpercenként. A gyorsabb mérés csökkenti a rezgések hatását, lecserélve a sugárzás alapú eszközöket olyan helyzetekben, ahol nincs szükség többrétegű dimenziókra.
A jelenleg importált termékek (nyilvános elvek szerint) négy induktív ciklust használnak a mágneses mezők detektálásához (lásd Ábra 1). Néhány egyenlő jel erősség alapján határozza meg a vezeték központozását (ha nem egyenlő, motorral állítja be a nyílást); mások a detektált jel erősség alapján számítják ki a vezeték központját.
2 Mérési pontosság ellenőrzése
A motoros beállítás folyamatba lép, ami feltétlenül késést okoz. Ez vezet aszinkronizmusra a hőszigetelés és a vezeték mérése között, ami késleltetési hibákat eredményez - a súlyosabb kábel rezgések nagyobb hibákat okoznak. Gyakorlatban ez a hiba így jelenik meg: ha a kábel rezeg, az excentricitás mérési eredményei instabilákká válnak, a fluctuációk meghaladhatják a 1%-ot. Ez a mérőeszköz mérési hibáját tükrözi, nem pedig a kábel tényleges állapotát.
Azonban a jel erősség egyenlősége alapján történő vezeték központozásának megítélése nem mindig érvényes. A Biot-Savart törvénye szerint: a B mágneses indukció intenzitása, amit egy Idl áram elem bármely térben, r távolságra generál, a következő:
Ez a formula azt mutatja, hogy a mágneses indukció intenzitása fordítottan arányos a távolság négyzetével, és arányos a θ irányszög szinuszával, ahogy az Ábra 2-ben látható.
Ez alapján egy szimulációs számítás a térben található négy ponton belül a mágneses mező intenzitások kapcsolatáról készült. Kényelmi okokból egy Ábra 3-as modellt hoztunk létre.
A 1, 2, 3, és 4 pontok ortogonálisan és szimmetrikusan osztottak, O a középpont. Legyen az áram elem a 2-3 tengely OP középvonalán. A Formula (1) szerint, amikor az áram elem bármely ponton van az OP-en, B1 = B4 és B2 = B3 fennáll. Így csak a B1/B2 változását kell vizsgálni a ∠θ-val. A számítás után adatokat kaptunk, és egy szóródási trenddiagramot készítettünk, ahogy a Táblázat 1 és Az Ábra 4-ben látható.
Ahogy az Ábra 4-ben látható, a trend egy rendellenes görbe. Ahogy ∠θ növekszik, B1/B2 1-től ~0.268-ig (min) csökken, majd vissza 1-ig emelkedik. Amikor a mágneses mezők a négy ponton egyenlőek, az áram elem messze van az O középponttól. Ebben az intervallumban minden érték (a min kivételével) két pontra utal - a min-hez közeli pontok közelebb vannak.
Ez egy kvadransra vonatkozik, ugyanígy a többi kvadransra is. A négy ponton belüli mágneses mező intenzitások alapján nem lehet megítélni a vezeték központozását vagy központját (a mágneses mező vektor, nem skalár).
Tehát, egy jobb excentrométer fejlesztéséhez ne kövesse bután a külföldi cégeket. Új elv: mérje a P₁/P₂ pontokon a mágneses mező irányszögeit, θ₁, θ₂, hogy meghatározza a forrás középpontját, O (Ábra 5).
Ez az elv geometriailag összefoglalható: egy háromszög egyértelműen meghatározható egy oldal és két szomszédos szöggel. Bár ez így van, a gyakorlati implementáció gyors, nagy pontosságú mérést igényel a gyenge mágneses mezőkre.
A kábel vezetékei ~10mA áramot indítanak a külső váltakozó mezőkben. A szenzorok, amelyek távol vannak a kábelektől, gyenge (~százas nT) mezőket detektálnak - ami nagy érzékenységet, frekvencia-választ és alacsony zajszintet igényel (a természetes zaj befolyásolja a pontosságot).
3 Elektromágneses indukció alapú excentrométerek implementációja
A legtöbb importált termék ciklus-szenzort használ; ez a tanulmány mágnesellenállásos szenzort választ. A kis méretű szenzorok integrálják az elektromágneses és optikai méréseket ugyanazon a keresztmetszeten (minimalizálva a hibákat), nagy egységeségkel a szenzorok között. A litográfiai mágnesellenállásos szenzorok ideálisak. Ellenben, a külföldi ciklus-szenzoros termékek különválasztják a méréseket, a nem optikai vezeték szegmenseket egyformán kezelik - ami növeli a hibákat.
Mágnesellenállásos mérések: 1000/s mérések, ±2% ismétlhetőség (100–200nT), ±0.2% 1000 mérés átlaga, lineáris <0.5%. Összehasonlítások a külföldi termékekkel korlátozottak (nincsenek adatok).
Gyors LED×CCD optikai mérés kombinálva lehetővé teszi a valós idejű excentricitás mérést (Ábra 6).
Minden mérés során szinkronizáltan megszerezhető a négy pont (A, B, C, D) pozíciója a hőszigetelés rétegen, valamint a vezeték központi pontjának, P, pozíciója. Az X és Y irányú excentricitásokat, valamint a teljes excentricitást a következő formulák alapján számítjuk:
Minden mérésnél, ex, ey, és e átlagolva (egy adott mintaszámmal) adja a végső excentricitás eredményt. A koncentricitás megjelenítéséhez használjuk a Koncentricitás = 1 - Excentricitás képletet. A Δx/Δy (X/Y irányú eltérések) lehetővé teszik a valós idejű extrudáló fej beállításait, automatikus kábel excentricitás javításához.
A gyorsabb mérési sebességek csökkentik a rezgéshibákat: 1000 mérés/másodperc ezredes pontosságot eredményez. A legtöbb importált termék (száz mérés/másodperc) az excentricitás pontosságát úgy állítja, mintha a vezeték középen lenne (megfelelő külső átmérő-pontossággal, mikrometer abszolút értékekkel, nem százalékos - nem megfelelő).
3.1 LED×CCD átmérő mérése
Telecentrikus optika alapján, fény blokkolásával hoz létre világos-sötét CCD területeket. Algoritmusok elemzik a széleket, hogy kiszámítsák a dimenziókat. A globális CCD expozíció (egyszerre érzékelő pixel) rezgések miatt homályosítja a széleket (függőleges -> ferde vonalak), de az algoritmusok megoldják a széleket és eliminálják a hibákat.
3.2 Optikai átmérő mérések jegyzetei
Nem a fókusz, de kulcsfontosságú: A kábel excentricitás mérése valós idejű optikai felvételt igényel a négy hőszigetelési réteg csúcsszög pozícióiról (nem csak a dimenziókról). A motorral szkennelezett laseres módszerek aszinkron mérési hibákat okozhatnak. Így, az optikai és elektromágneses mérések szinkronizálása kritikus a műszer fejlesztéséhez.
4 Következtetés
Az elektromágneses indukció alapú műszer gyorsan méri a vezeték elektromos központját, alacsony költséggel és előnyökkel. A külföldi termékek elektromágneses mérési hibáinak orvoslásával, egy új fotolelektromágneses kábel excentrométer fejlesztésére került sor (ezredes pontosság). A technológia fejlődik - a jövőbeni anyagok fejlődése lehetővé teszi a magasabb pontosságot, tovább haladva az iparban.
