Pag-unlad sa Pagsukat ng Pagkakaiba-iba ng Kable Batay sa Elektromagnetikong Induksyon: Paggamot sa Jitter at Paghahanda ng Katumpakan
Isa-isa sa mga pangunahing hamon sa online na pagsukat ng pagkakahiwalay ng kable ang mataas na bilis ng paggalaw ng kable. Ito ay nangangailangan ng mga kasangkapan para sa pagsukat na hindi nakakapag-physical contact na maaaring tumugon sa jitter ng kable. Ang 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 pagkakahiwalay ng insulation. Gayunpaman, may mga limitasyon sila: mabagal na bilis ng pagsukat (tanging ilang beses bawat segundo), lumalaking pagkakamali dahil sa jitter ng kable, at mataas na gastos.
1 Pundamental ng Electromagnetic Induction-Based Cable Eccentricimeters
Ang electromagnetic induction-based cable eccentricimeters ay naglalabas ng kombinasyon ng optical diameter measurement at electromagnetic induction para sa pag-detect ng conductor. Sila ay sumusukat ng electrical center ng conductor (mas mahusay kaysa sa heometrikong pagkakahiwalay), na may mataas na bilis ng libu-libong pagsukat bawat segundo. Ang mas mabilis na pagsukat ay binabawasan ang epekto ng jitter, na nagpapalit sa mga X-ray device sa mga sitwasyon na walang kinakailangang multi-layer dimension requirements.
Ang kasalukuyang inaangkat na mga produkto (batay sa publikong prinsipyo) ay gumagamit ng apat na inductive coils para sa pag-detect ng magnetic fields (tulad ng ipinapakita sa Figure 1). Ang iba ay nagsasabi ng sentro ng conductor sa pamamagitan ng equal signal strength (pag-aadjust ng window gamit ang motors kung hindi pantay); ang iba naman ay kalkula ang sentro ng conductor mula sa detected signal strength.
2 Pagkontrol sa Katumpakan ng Pagsukat
Ang proseso ng pag-adjust ng motor ay may inevitable na lag. Ito ay nagdudulot ng desynchronization sa pagitan ng pagsukat ng insulation at conductor, na nagpapataas ng delay errors—ang mas malubhang jitter ng kable ay nagdudulot ng mas malalaking pagkakamali. Sa praktikal, ito ay lumilitaw: kung ang jitter ng kable ay nangyayari, ang resulta ng pagsukat ng pagkakahiwalay ay naging unstable, na may fluctuation na lumampas sa 1%. Ito ay nagpapakita ng pagkakamali ng kasangkapan, hindi ang aktwal na kondisyon ng kable.
Gayunpaman, ang paghuhusga ng sentro ng conductor sa pamamagitan ng equal signal strength ay hindi laging wasto. Ang Batas ni Biot-Savart ay nagsasaad: ang magnetic induction intensity (B) na inihikayat ng isang current element Idl sa anumang punto sa espasyo sa layo r ay:
Ang formula na ito ay nagpapakita na ang magnetic induction intensity ay inversely proportional sa square ng layo at proportional sa sine ng direction angle θ, tulad ng ipinapakita sa Figure 2.
Batay dito, isinasagawa ang isang simulation calculation ng relasyon ng intensidad ng magnetic field sa apat na puntos sa espasyo. Para sa kaluwagan, itinatayo ang isang modelo tulad ng ipinapakita sa Figure 3.
Ang Mga Punto 1, 2, 3, at 4 ay orthogonally at symmetrically distributed, na may O bilang sentral na punto. Hayaan ang current element na mag-move sa midline 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, kailangang lang suriin ang variation ng B1/B2 sa ∠θ. Matapos ang pagsusuri, nakukuha ang isang set ng data, at ginagawa 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 curve. Kapag ang ∠θ ay lumalaki, ang B1/B2 ay bumababa mula 1 hanggang ~0.268 (min), at pagkatapos ay tumaas muli hanggang 1. Habang ang magnetic fields sa apat na puntos ay equalize, 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, ang mga puntos ay mas malapit.
Ito ay applicable sa isang quadrant, at ang parehong aplikasyon ay totoo para sa iba. Ang pagdepende sa magnitudes ng magnetic field sa apat na puntos ay hindi maaaring hukuman ang sentro ng conductor o matukoy ang kanyang sentro (ang magnetic field ay isang vector, hindi scalar).
Kaya, upang lumikha ng mas mabuting eccentricimeter, iwasan ang blind following ng mga dayuhan. Isang bagong prinsipyo: sukatin ang magnetic field direction angles θ₁, θ₂ sa P₁/P₂ upang matukoy ang sentral na punto O (Figure 5).
Ang prinsipyo na ito ay geometrically summarized bilang: Ang isang triangle ay uniquely determined sa pamamagitan ng isang side at dalawang adjacent included angles. Habang ito ay totoo, ang practical implementation 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 may layo mula sa mga kable, ay nag-detect ng weak (~dozens of nT) fields—nangangailangan ng mataas na sensitivity, frequency response, at low noise (inherent noise affects accuracy).
3 Implementasyon ng Electromagnetic Induction-Based Eccentricimeters
Ang karamihan sa mga inaangkat na produkto ay gumagamit ng coil sensors; ang paper na ito ay nagpili ng magnetoresistive sensors. Ang mga small-sized sensors ay nag-integrate ng electromagnetic/optical measurements sa parehong cross-section (minimizing errors), na may mataas na consistency sa pagitan ng mga sensor. Ang lithography-based magnetoresistive sensors ay ideal. Sa katunayan, ang mga inaangkat na coil-sensor products ay hiwalay ang measurements, treating non-optical conductor segments as identical—nagpapataas ng errors.
Ang mga pagsukat batay sa magnetoresistive: 1000/s pagsukat, ±2% repeatability (100–200nT), ±0.2% para sa 1000-pagsukat averages, linearity <0.5%. Ang mga paghahambing sa mga inaangkat ay may limitasyon (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 sentral na punto P ng conductor ay synchronously obtained. Ang eccentricities sa X at Y directions at ang total eccentricity ay kalkula 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 jitter errors: 1000 pagsukat bawat segundo ay nagbibigay ng thousandth-place accuracy. Ang karamihan sa mga inaangkat na produkto (hundreds of pagsukat bawat segundo) ay nagsasabing accurate ang eccentricity assuming na centered ang conductor (matching outer-diameter precision, given as ±μm absolute values, not 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 analisa ang edges upang kalkula ang dimensions. Ang global CCD exposure (simultaneous pixel sensing) ay nagdudulot ng jitter-induced edge blurring (vertical→slanted lines), ngunit ang mga algorithm ay resolve ang edges at eliminate ang errors.
3.2 Optical Diameter Measurement Notes
Hindi ang focus, ngunit key: Ang pagsukat ng pagkakahiwalay ng kable ay nangangailangan ng real-time optical capture ng apat na posisyon ng vertex ng insulation layer (hindi lamang dimensions). Ang mga motor-scanned laser methods ay may panganib na 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 electrical center ng conductor, na may mababang gastos at mga advantage. Tumutugon sa mga limitasyon ng mga inaangkat na produkto sa electromagnetic measurement, ang isang bagong photoelectromagnetic cable eccentricity meter ay nilikha (thousandth-place accuracy). Ang teknolohiya ay patuloy na umuunlad—ang mga pag-unlad sa material sa hinaharap ay magbibigay ng mas mataas na precision, nagpapadala ng industriya sa progreso.
