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...

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

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"

Просто более чуствительней будет к определенной области трубы

Вообще-то есть приборы на вихретоковую тематику...

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

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...



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.

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

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"...

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?

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...

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...

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...

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.

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

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

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...

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

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

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


Всему есть предел!

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

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.

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.

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.

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.


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.

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

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...

... 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?

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

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.

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!;)

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!