Индуктивный датчик..., помощь Опции

[ASergej_R19]

Имеется такая задача:
Есть вертикальная труба одного диметра, на ней есть в некотором месте снаружи - кольцо большего диаметра, типа такого:
.|.....|.
.|.....|.
||.....||
||.....||
||.....||
.|.....|.
.|.....|.
Трубы из какого-то металла. Кольцо прилегает плотно, но зазор какой-то есть. Доступ есть только изнутри трубы. Диаметр внутренней трубы - 12 см, толщина стенок ~1 см. Толщина стенок внешнего кольца - тоже примерно 1 см. Нужно, протаскивая вертикально какой-то датчик, определить протяженность этого кольца с большой точностью (+-1 или 2 мм). Протяженности колец - в районе 15-30 см. Есть мнение использовать для этого индуктивный датчик - просто катушку-соленоид, включенный в контур генератора. Собственно при протаскивании будет меняться частота, частоту мерить частотомером. И соленоид распологать горизонтально. Вроде как производная по скорости изменения частоты даст точки начала и конца этого наружнего кольца.
Работать такое будет? :-) Есть большие сомнения по поводу - насколько сильно будет меняться частота, не потонет ли это в каких-нибудь шумах и даст ли нужную точность... Или если соленоид будет не слишком горизонтально располагаться - то не исказяться ли показания до неузнаваемости и т.п.
Может есть у кого какие соображения или может лучше другую какую схему обдумать?

Спасибо за любые советы...

[stells]

а почему Вы решили, что соленоид "почувствует" кольцо снаружи металлической трубы, которая будет его экранировать?

Сообщение отредактировал stells - Nov 24 2008, 13:47

[bureau]

Собственно при протаскивании будет меняться частота, частоту мерить частотомером.

Не согласен!
Если подавать постоянную частоту то будет менятся фаза и амплитуда сигнала. Правда смотря что за схематика...
Почитайте ка для начала "вихретоковые методы в неразрушающем контроле"

И соленоид распологать горизонтально. Вроде как производная по скорости изменения частоты даст точки начала и конца этого наружнего кольца.

Просто более чуствительней будет к определенной области трубы

Может есть у кого какие соображения или может лучше другую какую схему обдумать?

Вообще-то есть приборы на вихретоковую тематику...

а почему Вы решили, что соленоид "почувствует" кольцо снаружи металлической трубы, которая будет его экранировать?

Почувствует, еще как почувствует!

[stells]

Почувствует, еще как почувствует!

насколько я понимаю, вихревые токи в данном случае (при горизонтальном расположении соленоида) будут протекать вдоль трубы и замыкаться через воздух или какие-то концевые заглушки. если внешнее кольцо надето на трубу с зазором, то токи через этот зазор, а значит и через кольцо, не потекут.
насчет того, что изменения частоты по-любому не будет, согласен. меняется в этих случаях фаза и амплитуда

Сообщение отредактировал stells - Nov 24 2008, 14:50

[ASergej_R19]

Не согласен!
Если подавать постоянную частоту то будет менятся фаза и амплитуда сигнала. Правда смотря что за схематика...

Нет. Вы как раз меня сталкиваете на вихретоковую тематику - где есть возбуждающие, есть приемные катушки. Тут же просто одна катушка, которая работает в составе генератора. По идее ж, при попадании металла в магнитный контур или изменении в прохождении магнитных линий, должна меняться индуктивность => частота генератора, в возбуждающем контуре которого стоит катушка... Поэтому тут нет ни фаз, ни амплитуд.
Это не вихретоковый датчик - это индуктивный. На подобие металлоискателя...

Почитайте ка для начала "вихретоковые методы в неразрушающем контроле"

Спасибо, это изучаю сейчас... ;-)
Прибор нужен свой.

На счет токов - трубы то длинные, действие магнитного поля катушки - локальное, поэтому будет замыкаться в трубе в какой-то области в виде кольцевых токов.

Зазор то конечно есть. Но магнитное поле - не электрическое, от него трубой с толщиной в 1 см - не заэкранируешься => в кольце будут свои токи. Хотя наверняка кольцо имеет какое-то касание с трубой - точнее не знаю.

Сообщение отредактировал ASergej_R19 - Nov 24 2008, 14:56

[Евгений Германов...]

Не согласен!
Если подавать постоянную частоту то будет менятся фаза и амплитуда сигнала. Правда смотря что за схематика...

Почувствует, еще как почувствует!

Автор предлагает генератор,поэтому при изменении индуктивности -изменится частота.
Насчет почувствует надо пробовать.

[stells]

Тут же просто одна катушка, которая работает в составе генератора.

в первом посте не обратил внимание на этот нюанс и принцип не понял.
если Вы уверены, что электромагнитное поле соленоида "пробьет" трубу, тогда что Вас смущает?

[ASergej_R19]

в первом посте не обратил внимание на этот нюанс и принцип не понял.
если Вы уверены, что электромагнитное поле соленоида "пробьет" трубу, тогда что Вас смущает?

Смущает - смогу ли я получить заданную точность в определении начала/конца кольца. И вообще, думал, может кто пробовал такое - какого порядка изменения частоты/индуктивности следует ловить... + сильно ли будут сказываться деффекты. Вихретоковый датчик потому и не очень охота использовать - он будет давать много шума из-за внутренних деффектов материала трубы. А индуктивный вроде как должен реагировать чисто на "массу"...

Сообщение отредактировал ASergej_R19 - Nov 24 2008, 15:48

[evgeny_ch]

Смущает - смогу ли я получить заданную точность в определении начала/конца кольца. И вообще, думал, может кто пробовал такое - какого порядка изменения частоты/индуктивности следует ловить... + сильно ли будут сказываться деффекты. Вихретоковый датчик потому и не очень охота использовать - он будет давать много шума из-за внутренних деффектов материала трубы. А индуктивный вроде как должен реагировать чисто на "массу"...

Индуктивный преобразователь с открытым магнитопроводом
позволяет получить повторяемость около 0,05 мм. Их полно продаётся,
с разным диапазоном чувствительности. Там генератор в двух состояниях,
генерит - не генерит. Точность измерений будет зависеть от системы,
посредством которой вы будете сей датчик позиционировать.

[ASergej_R19]

Индуктивный преобразователь с открытым магнитопроводом
позволяет получить повторяемость около 0,05 мм. Их полно продаётся,
с разным диапазоном чувствительности. Там генератор в двух состояниях,
генерит - не генерит. Точность измерений будет зависеть от системы,
посредством которой вы будете сей датчик позиционировать.

Очень интересно... Хотя я видел примерно такие датчики...
Вопрос только в том, что они реалигуруют на приближение металлических элементов, а тут надо работать "пробивая" уже имеющийся металлический элемент... Будут ли они работать в моем случае?

[Tanya]

Очень интересно... Хотя я видел примерно такие датчики...
Вопрос только в том, что они реалигуруют на приближение металлических элементов, а тут надо работать "пробивая" уже имеющийся металлический элемент... Будут ли они работать в моем случае?

Такую трубу может и можно пробить... если довести ее до красного каления... А потом ломом...
Может быть...
Может лучше внутрь счетчик частиц... Вдруг экранирование там будет лучше внутри муфточек.
А с индукционными методами, мне кажется, никак... Хотя бы по причине позиционирования под диаметру...

[ASergej_R19]

Такую трубу может и можно пробить... если довести ее до красного каления... А потом ломом...
Может быть...
Может лучше внутрь счетчик частиц... Вдруг экранирование там будет лучше внутри муфточек.
А с индукционными методами, мне кажется, никак... Хотя бы по причине позиционирования под диаметру...

Не надо только инсинуаций. :-) Тем более, если так легко говорите про экранирование магнитных полей. :-))
Вихретоковый датчик работает более-менее нормально, только дает много шума + довольно дорогой в исполнении. ;-) + еще всякие мелочи, что напрягают при постоянном использовании, как говорится в "полевых условиях"... Поэтому хочется просто индуктивный...

Сообщение отредактировал ASergej_R19 - Nov 24 2008, 16:46

[stells]

делаю сейчас индукционный зонд с генераторной и приемной катушками. шума конечно приемная катушка много ловит, все "видит" сволочь, и как люминесцентные лампы в 3-х метрах зажигаются, и как металлический ящик в столе выдвигаю. но полезный сигнал в моем случае тоже нормально детектируется, а шумы просто пороговым детектором отсекаются.
в Вашем случае мне трудно сказать что-то опеределенное и, в первую очередь, потому, что не очень-то верится, что удастся "пробить" 10мм стали. а если удастся, то какой мощностью? по идее, если это принципиально возможно, то получить полезный сигнал выше уровня шумов без применения хитрых алгоритмов обработки, можно только при значительном увеличении мощности генератора и размеров соленоида. а влезет ли он тогда в эту трубу поперек? получается, что провод должен быть не тонкий, а мотается он в один слой, да еще с секционированием для уменьшения паразитной емкости...
много вопросов...

[ASergej_R19]

в Вашем случае мне трудно сказать что-то опеределенное и, в первую очередь, потому, что не очень-то верится, что удастся "пробить" 10мм стали. а если удастся, то какой мощностью? по идее, если это принципиально возможно, то получить полезный сигнал выше уровня шумов без применения хитрых алгоритмов обработки, можно только при значительном увеличении мощности генератора и размеров соленоида. а влезет ли он тогда в эту трубу поперек? получается, что провод должен быть не тонкий, а мотается он в один слой, да еще с секционированием для уменьшения паразитной емкости...
много вопросов...

Все работает без применения хитрых приемов и "большого" тока - вопрос в частоте. Высокие частоты - дают невысокую проникающаю способность. ;-) Частота порядка 100 Гц (герц!). ;-) Это про вихретоковые датчики... И труба то все-таки не из стали - сплав какой-то...

В моем случае - пороговыми средствами не обойдешься. Должен сидеть оператор, который имеет опыт и должен распознать пики. Гораздо больше поможет, возможно, если взять производную - это типа дифференциального метода вихретокового неразрушающего контроля... Но это не снимает вопроса над тем, что датчик нужно сделать дешевле и грубее к повседневному использованию...

Сообщение отредактировал ASergej_R19 - Nov 24 2008, 17:34

[INT1]

Мне кажется должен сработать такой вариант- << РI металлодетектор >>-искать в сети есть готовые конструкции(как раз с ними вожусь) . Хорошее разрешении должно получиться из за зависимости чувствительности обратнопропорциональной 6й степени от расстояния. Т.е. калибруемся по тонкой трубе , - срабатывание -от утолщеня. Необходимо только в определенных пределах выдерживать расстояние до стенок- чтобы небыло ложных срабатываний. Хотя, при таком перепаде диаметров измененияе сигнала должно быть приличным. Можно было бы проэкспериментировать, макет детектора имеется- трубок подходящих нет .
ЗЫ, но ~1% точности это конечно круто, придется набирать статистику.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[stells]

Работать такое будет? :-) Есть большие сомнения по поводу - насколько сильно будет меняться частота, не потонет ли это в каких-нибудь шумах и даст ли нужную точность... Или если соленоид будет не слишком горизонтально располагаться - то не исказяться ли показания до неузнаваемости и т.п.

тогда возвращаясь к первому посту:
- будет ли работать? Вы на этот вопрос сами отвечаете.
- не будет ли зашумления? ну если есть опытный оператор, то может быть нужно дать ему возможность отстроиться от шумов перестройкой частоты генератора?
- даст ли точность? надо пробовать.
- негоризонтальность соленоида? мой случай показывает, что незначительный угол разворота катушек не сильно влияет на результат измерения.


кстати, посмотрел на рисунок и возник вопрос: ось соленоида Вы предполагаете горизонтально расположить или его витки расположены горизонтально?

по поводу точности... а с какой скоростью осуществляется спуск-подъем? и есть ли возможность вообще "замереть" в интересующих точках? тогда и проблема с точностью может быть решена

[evgeny_ch]

Очень интересно...
... Будут ли они работать в моем случае?

Эксперимент будет стоить копейки. Предположительно будет.
Нужно знать материал труб.

[ASergej_R19]

Мне кажется должен сработать такой вариант- << РI металлодетектор >>-искать в сети есть готовые конструкции(как раз с ними вожусь) . Хорошее разрешении должно получиться из за зависимости чувствительности обратнопропорциональной 6й степени от расстояния. Т.е. калибруемся по тонкой трубе , - срабатывание -от утолщеня. Необходимо только в определенных пределах выдерживать расстояние до стенок- чтобы небыло ложных срабатываний. Хотя, при таком перепаде диаметров измененияе сигнала должно быть приличным. Можно было бы проэкспериментировать, макет детектора имеется- трубок подходящих нет .
ЗЫ, но ~1% точности это конечно круто, придется набирать статистику.

Готовые - сразу в минус... ;-) Нужен свой прибор, максимум - можно взять датчик.
На счет 6-ой степени. :-)) Это откуда такое? Максимум - r^2 - из формул Био-Савара-Лапласа. Ну там магнитный поток - прямо пропорционален индукции и т.п. Если брать частоту - ну там обратная пропорциональность, корни и т.п. - 6-ой степени - никак не получится. Откуда 6-я степень??? Это нонсенс...

Расстояние до стенок - как раз в плане соленоида с разомкнутым магнитопроводом - не важно, ибо есть симметрия относительно общей оси симметрии системы труб и симметрии магнитных силовых линий.
Трубки - это неважно. Максимум что потребуется - мощность (магнитную) катушки увеличить, для поднятия чувствительности (наверное).

2stells
Еще раз - я конечно отвечаю сам на свой вопрос, но... :-)
Думал может у кого есть практический опыт. Сам с паяльником не дружу, для практических экспериментов мне нужны значительные теоретические обоснования, чтобы поднять народ на практические эксперименты... ;-) Иначе - будем со старой схемой все дружно - еб.... мучаться...

Ось соленоида хочу расположить по возможности - горизонтально, конечно. Ибо максимум силовых линий, проходит через его центр => при строго горизонтальном расположении, производная по скорости изменения индуктивности будет максимальна в момент прохождения уступа кольцо/труба. То есть тут лучше смотреть через объемное распределение силовых магнитных линий (извините за косноязычность) => максимальная амплитуда производной будет при горизонтальном расположении.

На счет скорости подъема/спуска - это не важно. Может быть даже нелинейной (при наличии энкодера на лебедке - расположил в другой теме этого форума). Быстродействие зависит от частоты генератора на основе этой катушки. Чем больше - можно с большей скоростью протягивать - численно, долго рисовать... ;-)

Примерно так, но могу ошибаться... Заранее прошу меня извинить...

[stells]

а вообще что это за кольца? стыковочные? для чего нужно знать их размеры?

[SNGNL]

Попробуйте подумать над конструкцией акустического датчика (активного). Там конечно другие трудности, но и другие возможности.

[bureau]

Трубки - это неважно.

В каком плане неважно? Там в глубине проникновения электромагнитного поля фигурирует удельная электрическая проводимость!


Глубина проникновения электромагнитного поля:

G=sqrt(2/omega*mu*sigma)
omega - круговая частота
mu - абс. магнитная проницаемость
sigma - удельная электрическая проводимость

Чем больше - можно с большей скоростью протягивать - численно, долго рисовать... ;-)

Всему есть предел!

[stells]

Попробуйте подумать над конструкцией акустического датчика (активного). Там конечно другие трудности, но и другие возможности.

кстати тоже хотел предложить... как Вы будете искать замурованный в стене клад? правильно, простукиванием

[INT1]

Готовые - сразу в минус... ;-) Нужен свой прибор, максимум - можно взять датчик.
На счет 6-ой степени. :-)) Это откуда такое? Максимум - r^2 - из формул Био-Савара-Лапласа. Ну там магнитный поток - прямо пропорционален индукции и т.п. Если брать частоту - ну там обратная пропорциональность, корни и т.п. - 6-ой степени - никак не получится. Откуда 6-я степень??? Это нонсенс...

Расстояние до стенок - как раз в плане соленоида с разомкнутым магнитопроводом - не важно, ибо есть симметрия относительно общей оси симметрии системы труб и симметрии магнитных силовых линий.
Трубки - это неважно. Максимум что потребуется - мощность (магнитную) катушки увеличить, для поднятия чувствительности (наверное).
.....................

Что значит готовые в минус, может и свой Био-Савара-Лапласа изобретать будете? .
Имелся в виду импульсный металлодетектор индукционного типа, а для него расчетная чувствительность (правда по оси катушки), например :
http://www.loktek.ru/article/metallodetectors/mi.html
только имеющийся "готовый" по другой схемотехнике, чем в ссылке.

[stells]

такая еще мысль появилась... все-таки однокатушечные индуктивные датчики используются в основном для оценки каких-либо характеристик среды, в которую они помещаются (резистивиметры, металлодетекторы, кондуктометры, хотя они тоже бывают и двухкатушечными), т.е. они не обладают глубинностью. на них конечно и глубинные факторы влияют, только эта составляющая очень мала. для обеспечения глубинности необходимо разделение приемной и передающей функций на 2 катушки и их разнесение на определенное расстояние.
в Вашем случае необходимо почувствовать изменения именно в толще, за стенкой основной трубы.

[Okorok]

Автору темы:
Электромагнитный контроль "Трубы из какого-то металла" будет давать "какой-то" результат.
Вам здесь уже не раз предлагали: сообщите свойства металла, конкретно электропроводность (или удельное сопротивление) и магнитную проницаемость.
Из этого можно будет оценить, решается ли задача каким-нибудь из электромагнитных методов вообще.

И еще неизвестно, удастся ли достичь желаемой точности (+/- 2мм) с учетом всех возможных "неидеальностей", главная из которых - точность (вернее, неточность) позиционирования катушки в трубе.

Вихретоковый метод Вам не зря упоминают. В частности, современные миноискатели "для взрослых" именно вихретоковым методом пользуются.

[Vano_asp]

Автору темы:
Электромагнитный контроль "Трубы из какого-то металла" будет давать "какой-то" результат.
Вам здесь уже не раз предлагали: сообщите свойства металла, конкретно электропроводность (или удельное сопротивление) и магнитную проницаемость.
Из этого можно будет оценить, решается ли задача каким-нибудь из электромагнитных методов вообще.

Похоже в общем случае автору мало что удастся (разве что труба из цветного метала, а кольцо из черного или наоборот) любыми э/м методами из-за высокой точности измерений. И еще, огромное влияние на результат измерения будет иметь зазор между трубой и накладкой (а точнее изменение зазора). Советую попробовать автору автогенераторные схемы, чувствительность будет выше.

Вихретоковый метод Вам не зря упоминают. В частности, современные миноискатели "для взрослых" именно вихретоковым методом пользуются.

Вот вихретоковый здесь точно малопригоден. Акустические... опять зазоры здесь все сведут на нет.
Что первое приходит на ум: приставной П-образный преобразователь, который перемагничивает трубу по толщине стенок и толщине накладки, но это совсем не то, что предлагает автор.

[bureau]

Вот вихретоковый здесь точно малопригоден.

Поспорим? В данном случае есть один момент - сложности реализации(относительно)

[Vano_asp]

Поспорим? В данном случае есть один момент - сложности реализации(относительно)

Хотелось бы поспорить , если откинуть сложности реализации какова методика?

[ASergej_R19]

Хотелось бы поспорить , если откинуть сложности реализации какова методика?

А чего Вы спорите то все про это? :-) Я же писал выше - сейчас вихретоковый датчик УЖЕ РАБОТАЕТ.
Вопрос в том, что хотелось бы упростить конструкцию и т.п. - писал же выше (на первой странице) об этом...

2SNGNL
Акустический вряд ли пойдет из-за зазоров датчик-труба. И зазоров труба-кольцо.

2bureau
На счет глубины проникновения. Ну там же кроме "мю", есть еще и частота. Вот понижая частоту мы и увеличиваем глубину проникновения (это из практического опыта). Мю - я не знаю, уже говорил.

2INT1
Спасибо. Интересная ссылка. Сейчас пороюсь по Вашей ссылке основательнее.
А своего Лапласа придумать конечно можно... :-) Если найдется заказчик, что все это оплатит...

2stells
На счет разнесенных прием-передающих - сейчас именно так все и работает. Но датчик - сложный получается. Малейшая разбалансировка в приемных катушках - и все.
И про глубину проникновения - все-таки, там правильно писали - главное это частота и "мю". А разнесение датчиков и т.п. - это уже вариации на тему как нам регистрировать этим малые изменения.

Большое спасибо всем откликнувшимся за обсуждение - вы меня натолкнули на разные размышления. Особенно спасибо за полезные ссылки. Все-таки попробую наверное индукционный метод - очень заманчиво в этом методе - простота датчика и вроде как нечувствительность к положению внутри трубы...

Сообщение отредактировал ASergej_R19 - Nov 25 2008, 11:51

[stells]

Все-таки попробую наверное индукционный метод - очень заманчиво в этом методе - простота датчика и вроде как нечувствительность к положению внутри трубы...

... это наверное в случае однородности ее содержимого. а что в ней? и все-таки, зачем нужны размеры этих колец? не просто из любопытства, может можно кардинально по-другому подойти к решению?

[Евгений Германов...]

проще использовать ультразвук.Зазоры не помеха их можно учесть.Добавится отраженный импульс от внутренностей наружного куска трубы и импульс от наружной части трубы(я про вторую трубу),которая сверху

[gregory]

Все работает без применения хитрых приемов и "большого" тока - вопрос в частоте. Высокие частоты - дают невысокую проникающаю способность. ;-) Частота порядка 100 Гц (герц!). ;-) Это про вихретоковые датчики... И труба то все-таки не из стали - сплав какой-то...

В моем случае - пороговыми средствами не обойдешься. Должен сидеть оператор, который имеет опыт и должен распознать пики. Гораздо больше поможет, возможно, если взять производную - это типа дифференциального метода вихретокового неразрушающего контроля... Но это не снимает вопроса над тем, что датчик нужно сделать дешевле и грубее к повседневному использованию...

Согласен, для вихретокового датчика при такой толстой трубе надо правильно подобрать частоту , которая должна быть низкой. иначе скин- слой будет совсем тонким.Правда , в вихретоковых датчиках, чаще большую точность дает измерение изменения добротности , а не частоты. Но выбор измеряемого параметра тоже зависит от частоты. Чем выше частота, тем меньше влияет металл на ее изменение. Это связано с особенностями ферромагнетиков(). если металл ферромагнетик. Можно попробывать сделать обычный металлоискатель, но с фазовыми методами. он более точный. Если сплавы ферромагнитные, можно измерять изменение магнитного поля земли при изменении толщины материала . Так обнаруживают прохождение чистящего скребка в нефтепроводах.

[yrbis]

Предлагаю использовать ультразвук. для определения толщины. А саму волну возбуждать электро-магнитно-акустическим методом, т.е. БЕЗ КОНТАКТА с трубой и всякой там жидкости контактной. Это будет работать, если труба не сильно проржавевшая, т.е. если это трубы, например водоканала, с перепадом выедания металла в сантиметры и многослойной ржавчиной, то ультразвук не поможет, и нужно пользоваться вихретоком. Если труба более менее нормальная, то ЭМА само то. Будет работать с зазором от датчика до трубы, до 3мм!;)

[Vishv]

Попробуйте поискать "магнитный локатор муфт" эти устройства применяются при каротажных работах на нефтянных и газовых скважинах.
Кстати при проведении этих работ (также как и при геофизических исследованиях скважин) применяются методики позиционирования приборов и каротажных снарядов с точностью 1-2 см на глубинах до нескольких километров!