使用脉冲涡流系统的厚度测量技术方案

本公开的各实施例涉及使用脉冲涡流系统的厚度测量。一种通过脉冲涡流(PEC)系统对导电材料的物体的厚度进行非接触测量的方法，该PEC系统包括发射器线圈和接收器线圈。该方法包括：在已经关断发射器线圈中的电流之后，在接收器线圈处，测量衰减磁场在第一时间点、第二时间点和第三时间点处感应产生的电压；通过将在第一时间点处所测量的通量与不存在物体时由接收器线圈拾取的预定总通量进行比较，计算由涡流在第一时间点处生成并由接收器线圈拾取的总磁通量；使用所计算的总磁通量作为归一化因子，对由涡流产生并由接收器线圈拾取的所测量的磁通量进行归一化，使得所归一化的涡流通量与物体与发射器线圈和接收器线圈之间的距离无关。的距离无关。的距离无关。

【技术实现步骤摘要】
使用脉冲涡流系统的厚度测量


[0001]本公开涉及借助脉冲涡流(PEC)系统对导电材料的物体的厚度进行非接触测量，该PEC系统包括：发射器，被配置成产生变化的电磁场，该变化的电磁场在被布置在其内的物体中感应产生涡流；以及接收器，被配置成检测由涡流产生的变化的电磁场。

技术介绍

[0002]PEC(例如，如US 5,059,902中所述)已成功应用于诸如电阻率、有色金属板厚度和边缘位置之类机械量的测量。
[0003]该方法的工作原理是在发射器线圈中使用DC电流而在被测板中产生静态磁场。然后，通过关断电流突然移除磁场，将磁能存储在合适的负载电阻器中。测量由电流切断产生的第一脉冲，并且其积分可以用于确定板与线圈之间的距离。
[0004]在发射器线圈中的电流已经衰减后，可以开始测量由施加的磁场的突然变化而在板中感应产生的涡流。由板中涡流的快速衰减而引起的磁场变化可以感应产生小信号，可以对该小信号进行测量和分析以推导出板的电阻率和厚度。
[0005]涡流最早衰减的部分与厚度无关，并且可以用于衡量板的电阻率。后面的部分取决于薄层电阻，因此它取决于电阻率除以厚度。在计算电阻率和薄层电阻之后，可以推导出板的厚度，例如，如US 6,661,224中所述。
[0006]US 7,701,205公开了一种测量板厚度的PEC方法，其中发射器线圈被放置在板的一侧并且接收器线圈被放置在板的另一侧。
[0007]上述文献所述技术的一个潜在缺点是物体两侧都需要线圈系统，例如板。由于基于PEC的测量系统中线圈系统与物体之间的距离出于根本原因必须非常小(<20mm)，因此需要将物体以物理方式安装在线圈系统之间限制了一般适用性。以上技术不可用的一个重要示例是管壁厚度的测量，其中通常不可能使其中一个线圈系统位于管内。另一个重要示例是轧制过程期间宽金属带(>1.5m)中间厚度的测量，其中实际上不可能以足以在厚度测量中达到所需准确度的高精度，以将两个线圈系统保持在相对于彼此的恒定位置上。到目前为止，无法将上述技术用于这些测量应用已经影响了PEC技术在金属行业中用于厚度和电阻率测量的一般适用性。
[0008]在US 5,059,902中，描述了一种确定物体的电阻率和厚度的通用技术。这项技术能够用于确定物体的厚度，无论是对于具有不同类型材料和厚度但准确度相对较低的一般情况，还是对于对材料和厚度范围限制更多且准确度更高的一般情况。这是因为实施US 5,059,902的方法是不实用的，该方法为每组位置、电阻率和厚度给出三个测量值，其中测量值与物理参数之间的所有关系都是非线性的且未知的。为了使用测量值来确定位置、电阻率和厚度这三个变量，必须使用不同的测试板进行测试测量以建立关系并对其进行描述，然后使用它们来确定物理参数。作为示例，如果物体的厚度可以变化10倍，举例来说从0.5mm到5mm，则电阻率可以变化10倍，举例来说从20nΩm到200nΩm。如果物理参数所需的测量准确度为0.1％，即当今金属行业的正常准确度等级，则必须至少对物理参数值的每
2％的变化进行测试测量来建立关系，这是因为物理参数与测量之间的关系是强非线性的且未知的。这样的结果是，对于该示例，必须执行大约14000次电阻率和厚度参数具有不同值的测试，这意味着必须生产和测试相同数量的测试物体、板以提供足够的信息。出于实际的和经济的原因，可能无法处理那么大量的测试对象。要基于US 5,059,902创建有效的测量方法，必须接受较低的准确度，或者在更加受限的参数区域内使用该方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种改进的借助脉冲涡流测量来确定导电材料的物体o的厚度的方式。
[0010]根据本专利技术的一方面，提供了一种借助PEC系统对导电材料的物体的厚度进行非接触测量的方法，该PEC系统包括发射器线圈和接收器线圈。该方法包括：在预定供应时间段期间，向发射器线圈供应恒定电流，所供应的电流产生穿透物体的电磁场。该方法还包括：在供应时间段之后，在开始时间点t0之后，关断所供应的电流，从而产生衰减磁场并在物体中产生感应涡流。该方法还包括：在接收器线圈处，在从所述开始时间点t0开始的预定测量时间段期间，测量衰减磁场感应产生的电压。电压通过积分转换为磁通量，并在第一时间点t1、第二时间点t2和至少一个稍后的时间点t3处进行测量。该方法还包括：通过将在第一时间点t1处测量的通量Φ
plate
与不存在物体时由接收器线圈拾取的预定总通量Φ0进行比较，计算由涡流在第一时间点t1处产生并由接收器线圈拾取的总磁通量Φ1，其中第一时间点t1设置成满足不存在物体时第一时间点t1的磁通量Φ(t1)为零的规定的最早时间。该方法还包括：使用计算的总磁通量Φ1作为归一化因子，对由涡流产生并由接收器线圈拾取的所测量的磁通量Φ
ec
进行归一化，使得归一化的涡流通量与物体与发射器线圈和接收器线圈之间的距离无关，由此归一化的涡流通量在第一时间点t1处为零并在涡流消失后的某个时间为1。该方法还包括：使用时间常数T作为归一化因子，将归一化的涡流通量与归一化时间τ相关联，使得当实际时间t＝t1时τ＝0，并且当涡流已扩散到刚刚到达物体的背离发射器线圈的表面时，在关断供应的电流之后的某个时间时τ＝1，由此归一化的涡流通量与从τ＝0到τ＝1的归一化时间间隔内的厚度无关，并且与物体在高于τ＝1的时间的电阻率无关。该方法还包括：基于在第一时间点、第二时间点和稍后的时间点处的测量结果，确定物体的厚度和电阻率，其中第二时间点t2设置成处于从τ＝0到τ＝2的归一化时间间隔内，并且至少一个稍后的时间点t3设置成使得τ>2。
[0011]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种计算机程序产品，其包括计算机可执行部件，当计算机可执行部件在包括在控制器中的处理电路上运行时，该计算机可执行部件用于使PEC系统的控制器执行本公开的方法。
[0012]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于非接触测量导电材料的物体的厚度的PEC系统。该PEC系统包括发射器线圈、接收器线圈和控制器。该控制器包括处理电路和存储可由所述处理电路执行的指令的存储装置，由此所述控制器可操作用于执行本公开的方法的实施例。
[0013]根据本专利技术，通过对磁通量进行归一化并将其与归一化时间相关联，物体的厚度和电阻率可以通过不同时间点的PEC测量明确确定。
[0014]应当注意，在适当的情况下，任何方面的任何特征都可以应用于任何其他方面。同样，任何方面的任何优点都可以应用于任何其他方面。从以下详细公开、所附从属权利要求以及附图中，所附实施例的其他目的、特征和优点将变得显而易见。
[0015]通常，除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语均应根据其在
中的普通含义进行解释。除非另有明确说明，否则所有对“一(a)/一个(an)/所述元件、设备、部件、器件、步骤等”的引用均应公开解释为指代元件、设备、部件、器件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种借助脉冲涡流PEC系统(10)对导电材料的物体(1)的厚度(d)进行非接触测量的方法，所述PEC系统(10)包括发射器线圈(2)和接收器线圈(3)，所述方法包括：在预定供应时间段期间，向所述发射器线圈(2)供应(S1)恒定电流，所述供应的电流生成穿透所述物体(1)的电磁场(B)；在所述供应时间段之后，在开始时间点t0之后，关断(S2)所供应的电流，从而产生衰减磁场(B)并在所述物体中产生感应涡流；在所述接收器线圈(3)处，在所述开始时间点t0处开始的预定测量时间段期间，测量(S3)所述衰减磁场在第一时间点t1、第二时间点t2和至少一个稍后的时间点t3处感应产生的电压；通过将在所述第一时间点t1处测量的通量Φ
plate
与不存在物体(1)时由所述接收器线圈拾取的预定总通量Φ0进行比较，计算(S4)由所述涡流在所述第一时间点t1处生成并由所述接收器线圈(3)拾取的总磁通量Φ1，其中所述第一时间点t1被设置成满足不存在物体(1)时所述第一时间点t1处的磁通量Φ(t1)为零的规定的最早时间，其中Φ1被计算(S4)为Φ0‑
Φ
plate
；使用所计算(S4)的总磁通量Φ1作为归一化因子，对由所述涡流生成并由所述接收器线圈(3)拾取的所测量的磁通量Φ
ec
进行归一化(S5)，使得所归一化的涡流通量与所述物体(1)与所述发射器线圈(2)和所述接收器线圈(3)之间的距离(D)无关，由此所归一化的涡流通量在第一时间点t1处为零并且在所述涡流消失后的某个时间为1；使用时间常数T作为归一化因子，将所归一化的涡流通量与归一化时间τ相关联(S6)，使得当实际时间t＝t1时τ＝0，并且当所述涡流已扩散到刚刚到达所述物体(1)的背离所述发射器线圈(2)的表面时，在关断所供应的电流之后的某个时间时τ＝1，由此所归一化的涡流通量与从τ＝0到τ＝1的归一化时间间隔内的所述厚度(d)无关，并且与所述物体(1)在高于τ＝1的时间的电阻率(ρ)无关，其中所述时间常数T被计算为：其中d是如先前估计的所述物体的厚度，ρ是如先前估计的所述物体的电阻率，并且μ0是真空磁导率；并且基于在所述第一时间点、所述第二时间点和稍后的时间点处的测量结果，确定(S7)所述物体(1)的所述厚度(d)和所述电阻率(ρ)，其中所述第二时间点t2被设置成处于从τ＝0到τ＝2的所述归一化时间间隔内，其中所归一化的涡流通量仅取决于板的所述电阻率，并且所述至少一个稍后的时间点t3被设置成使得τ>2，其中所归一化的涡流通量仅取决于所述板的所述厚度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二时间点t2被设置成处于τ＝0.8到τ＝1的范围内。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个稍后的时间点t3被设置成处于从τ＝3到τ＝10、例如从τ＝4到τ＝7的所述归一化时间间隔内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物体(1)是板。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯滕，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：