Напредок во мерењето на ексцентричност на кабели базирано на електромагнетна индукција: Преодолеување на треперени и подобрување на прецизноста
Еден основен предизвик за меренјето на ексцентричноста на кабели во онлайн режим е високоскоростното движение на кабелот. Тоа бара опрема за бездиректно меренje коja може да се справи со треперението на кабела. Ексцентрометрите на кабели базирани на рентгенски зраци, основани на оптичко преносливо сликање, мерат контурни димензии на повеќеслојна структура за да пресметаат геометриски центар на проводниците во однос на ексцентричноста на изолацијата. Меѓутоа, тие имаат недостатоци: споредно меренje (само неколку пати во секунда), зголемена грешка поради треперението на кабела и висока цена.
1 Принцип на ексцентрометрите на кабели базирани на електромагнетна индукција
Ексцентрометрите на кабели базирани на електромагнетна индукција комбинираат оптичко меренje на дијаметар и електромагнетна индукција за детекција на проводниците. Тие мерат електричен центар на проводникот (поголемо од геометриска ексцентричност), со висока брзина од хиљади мерења во секунда. Брзо меренje намалува влијанието на треперението, заменувајќи ја опремата со рентгенски зраци во сценарија без потреба за повеќеслојни димензии.
Тренутните импортни производи (според објавени принципи) користат четири индуктивни катушечки детектори за детекција на магнетни полиња (како што е прикажано на Слика 1). Некои одредуваат центрирањето на проводникот преку еднаква сила на сигнал (регулирање на прозорецот со мотори ако не е еднакво); други пресметуваат центарот на проводникот од детектраната сила на сигнал.
2 Контрола на точноста на меренjeto
Регулацијата со мотор вклучува процес, неизбежно причинувајќи забавување. Ова доведува до десинхронизација помеѓу меренjето на изолацијата и проводникот, што создава грешки од забавување - посебно сериозни при поголемо треперенje на кабела. На практика, овој недостаток се проявува: ако се случи треперенje на кабела, резултатите од меренjето на ексцентричността стануваат нестабилни, со флуктуации над 1%. Ова отсликува грешка во меренjето на опремата, а не реалното состојба на кабела.
Меѓутоа, судењето за центрирањето на проводникот преку еднаква сила на сигнал не е секогаш валидно. Законот на Биот-Саварт вели дека: магнетната индуктивна интензитет (B) возбудена од елемент на струја Idl во било која точка во просторот на растојание r е:
Оваа формула покажува дека магнетната индуктивна интензитет е обратно пропорционална на квадратот на растојанието и пропорционална на синусот на аголот θ, како што е прикажано на Слика 2.
На основа на ова, се извршува симулација на врската помеѓу магнетните полето интензитети на четири точки во просторот. За удобство, се прави модел како што е прикажано на Слика 3.
Точките 1, 2, 3 и 4 се распоредени ортогонално и симетрично, со O како централна точка. Дајте елементот на струја да се движи по средната линија OP на оските 2 и 3. Според Формула (1), кога елементот на струја е во било која точка на OP, B1 = B4 и B2 = B3 важат. Значи, само варијацијата на B1/B2 со ∠θ треба да се испита. После пресметката, се добива една серия податоци, и се прави граф со разсејани точки, како што е прикажано во Табела 1 и Слика 4.
Како што се гледа на Слика 4, тендансата е нерегуларна крива. Како ∠θ се зголемува, B1/B2 се намалува од 1 до ~0.268 (минимум), па потоа се зголемува повторно до 1. Додека магнетните полиња на четири точки се изравнуваат, елементот на струја е далеку од централната точка O. Во интервалот, секоја вредност (освен минимум) има две точки - колку што е поблизу до минимум, точки се поблиски.
Ова се применува на еден квадрант, и истото важи за другите. Разбирањето на центрирањето на проводникот или определувањето на неговиот центар (магнетното поле е вектор, а не скалар) не може да се направи само со магнетни интензитети на четири точки.
Значи, за да се разви подобар ексцентрометар, треба да се избегне слепо следење на страни компании. Нов принцип: мери се аглите на насока на магнетното поле θ₁, θ₂ на P₁/P₂ за да се одреди изворниот центар O (Слика 5).
Овој принцип се геометриски сумира како: триаголник е единствено определен од една страна и два соседни вклучени агли. Иако ова важи, практичната реализација бара брзо и прецизно меренje на слаби магнетни полиња.
Проводниците на кабели индуцираат ~10mA струја во надворешни алтернативни полиња. Сензорите, поставени на растојание од кабелите, детектраат слаби (~десетки nT) полиња - што бара висока осетливост, фреквенцијска одговорност и ниска шум (вградената шум влијае на прецизноста).
3 Реализација на ексцентрометрите на кабели базирани на електромагнетна индукција
Најмногу импортни производи користат катушечки сензори; овој документ избира магнеторезистивни сензори. Мали сензори интегрираат електромагнетни/оптички мерења на иста пресечна површина (минимизирајќи грешките), со висока конзистентност меѓу сензорите. Литографиските магнеторезистивни сензори се идеални. На против, импортните производи со катушечки сензори сепарираат мерењата, третирајќи ги неоптичките делови на проводниците како исти - што зголемува грешките.
Магнеторезистивни мерења: 1000/s мерења, ±2% повторливост (100–200nT), ±0.2% за просечни 1000 мерења, линеарност <0.5%. Споредби со импортни производи се ограничени (нема податоци).
Комбинирањето со брзо LED×CCD оптичко меренje овозможува реално време меренje на ексцентричноста (Слика 6).
При секое меренje, се синхронизираат позициите на четири точки (A, B, C, D) на слојот на изолацијата и позицијата на централната точка на проводникот P. Ексцентричностите во X и Y насока и целосната ексцентричност се пресметуваат со следните формули:
За секое меренje, ex, ey, и e се просечуваат (над одреден број на примероци) како крајна ексцентричност. За да се прикаже концентричноста, користете Концентричност = 1 - Ексцентричност. Δx/Δy (одклонувања во X/Y насока) овозможуваат реално време поправки на главата на екструдерот за автоматско исправување на ексцентричноста на кабела.
Брзите меренja намалуваат грешките од треперението: 1000 меренja во секунда достигнуваат точност до хиљадна децимала. Најмногу импортни производи (стотици меренja во секунда) тврдат дека точноста на ексцентричноста предполага центриран проводник (соодветствува на прецизноста на вонешниот дијаметар, дадена како ±μm абсолютни вредности, а не проценти - несоодветна).
3.1 Меренje на дијаметар со LED×CCD
Основано на телецентрична оптика, тоа користи блокирање на светлина за да создаде светли-темни области на CCD. Алгоритми анализираат ивиците за да пресметаат димензии. Глобалната експозиција на CCD (самовременно чувствуване на пиксели) причинува треперенje на ивиците (вертикално → наклонети линии), но алгоритми ги решаваат ивиците и елиминираат грешките.
3.2 Белешки за оптичко меренje на дијаметар
Не е фокус, но клучно: Меренjeto на ексцентричноста на кабела бара реално време оптичко запишување на четири позиции на темињата на слојот на изолацијата (не само димензии). Методите со лазер скенирање со мотори ризикуваат асинхронни грешки. Значи, синхронизацијата на оптичките и електромагнетните мерења е критична за развојот на инструментот.
4 Заклучок
Инструментот базиран на електромагнетна индукција брзо мери електричниот центар на проводникот, со ниска цена и предности. Решавајќи грешките на електромагнетните мерења на импортните производи, се разви нов фотоелектромагнетен ексцентрометар на кабели (точност до хиљадна децимала). Технологијата се развива - будуќите напредоци во материјалите ќе дозволат повисока прецизност, што ќе го преведе индустријата напред.
