专利名称：电磁反射式测厚仪的制作方法
技术领域：
本发明是以采用电磁方法为特征的线性尺寸测量技术领域。主要适用于金属板带材轧制过程中在线连续测量其板带的厚度。
在金属板带材的轧制过程中，连续地、准确地测量被轧金属板带材的厚度，并及时反馈到轧机厚度控制系统，调整辊缝，轧出尺寸精度较高的板带材，具有重要的经济意义。
在现有技术中，中国专利CN87105775.1提供了-激光测厚仪。该测厚仪采用两个光路系统，将激光束垂直入射于被测物表面，为了适应对高速运动物体的测量，采用线阵电荷耦合器件(CCD)摄像系统作为光电转换装置，将其所得电信号，取包络，经放大，平滑处理。经浮动切割后可得一定宽度脉冲信号，应用微机终端处理系统将该脉冲信号用一定频率的脉冲信号填充计数，从而可得到对应的被测物体的厚度值。
该发明虽然克服了激光偏转法结构复杂、可靠性差的特点，但仍存在如下不足之处①作为激光测厚本身对于被测金属材质的吸收系数不同所引起的非线性误差是不可克服的;②设备结构仍很复杂，成本高;③激光源的能量很大，对操作人员仍有一定危害性。
本发明的目的在于提供一种电磁反射式测厚仪，该测厚仪不仅能在金属板带的轧制过程中连续精确地线测定被轧物的厚度，而且结构简单，成本低，无污染，对操作人员无损害。
本发明所采用的技术方案可结合其原理示意图(附
图1)加以说明。原理示意图中，1为激发线圈，2为接收线圈，3为调制锁相环，4频率校正和窄带电压变换，5为阻抗变换器及精密检波与倍压，6为线性反馈补偿及自动调整置零，7为高压高精度稳压电源，8为冷却调整控制单元，10为被测物。
其工作原理如下在激发线圈1内通以某频率的交流电，激发出均匀平面波。其要求是场量除随时间变化外，只与波传导方向的坐标有关，电磁波沿直角坐标制的y轴传播，场量是t和y的函数，即在y等于常数的平面各点的Ef＝Ef(y，t) Hf＝Hf(y，t)要求做到一维波动方程
所激发的均匀平面波，通过接收线圈2，接收到随金属板带(被测物10)厚度不同而变化的场量Ej＝Ej(y，t)、Hj＝Hj(y，t)均匀场的微弱信号;经过锁相环3对上述微弱信号进行处理，得到等幅调制波;经过二次处理的信号进入频率校正和窄带电压变换4，获得与被测物10的厚度成比例的音频信号;该音频信号经过阻抗变换器及精密检波与倍压5，使其获得输出阻抗小于2Ω的高品质变换信号，为了在线检测过程中得到可靠的被测物厚度信号，设置了线性反馈补偿及自动调整置零电路6，它的输出可接到数字显示装置和自动打印系统，便于操作人员及时掌握在线轧制的板带厚度和随产品带有检验厚度的质量卡，便于质检人员检查。
本发明电磁反射式测厚仪可达到如下技术指标测量厚度范围1～12mm，测量精度0.02mm+1%×测量值响应速度1米/1毫秒最高工作温度750～950℃，冷态亦可。
与现有技术相比，本发明具有如下优点
1.在950℃高温下，能够在线连续的较准确的测定金属板带的厚度，且测量精度高。
2.结构简单。
3.成本低。
4.无任何污染，对操作人员绝对安全。
现结合附图对本发明作进一步说明附图1为本发明电磁反射式测厚仪的电原理框图。
附图2为本发明信号源及发射与接收电线路图。
附图3为本发明调制锁相环电线路图。
附图4为本发明频率校正和窄带电压变换电线路图。
附图5为本发明阻抗变换器及精密检波与倍压电线路图。
附图6为本发明线性反馈补偿及自动调整置零电线路图。
附图7为本发明高压高精度稳压电源的电线路图。
由图1看出，本发明电磁反射式测厚仪由发射线圈1、接收线圈2、调制锁相环3、频率校正和窄带电压变换4、阻抗变换器及精密检波与倍压5、线性反馈补偿及自动调整置零6、高压高精度稳压电源7、冷却调整控制单元8以及信号源组成。
从附图2～附图7可知，信号源及发射与接收电线路(包括发射线圈及接收线圈)由R1～R15、C1～C11、T1～T5、L1～L2以及W3、W11、W12组成;调制锁相环电线路由R29～R33、IC2、IC3、IC13、Um、T10、C19、WY1组成。其中节点11与频率校正和窄带电压变换电路中的C22相连。频率校正和窄带电压变换电线路由R16～R23、C12～C18、T6～T8、D1～D3、L3～L5组成，且节点12与阻抗变换器电路中的R27相连;阻抗变换器电线路由R24～R28、IC4、IC5组成，且节点14与线性反馈补偿及自动调整置零电线路中的R34相连;线性反馈补偿及自动调整置零电线路由R34～R45、T11～T16、C20、D4、IC6～IC11、W4、WY2组成;高压高精度稳压电源由R46～R52、T13～T15、WY3～WY6、W5、C21、IC12组成。
本发明除了采用五套常规稳压电源(V+2、V+3、V-1、V-2、V-3)外，还有一套专供信号源及发射与接收电路之用的高压高精度稳压电源(如图7)。由图7看出，在用μA741(12)组成的80V高压高精度稳压电源中，WY6通过WY5供给集成组件(12)，使之偏置电平可在宽的调节范围内跟踪输出电压;SE7040(T13)由稳压管WY4和电阻R47所偏置，作为偏置网络恒流源;输出电压是经过分压比(R50、W5)获得，W5为4.7～47KΩ;此电源之保护短路是由T15(2N4944)及电阻R52(2～5Ω)来实现，SE7040是用作调整管的高反压大功率三极管，该电路参数值为R46，其值为8～12KΩ。
图2中的左半部分是产生5～20KC振荡电源;T1采用3D01G，目的提高输入阻抗，使振荡稳定可靠;T3采用射极输出，目的是减少后级对振荡电路的影响;W3可用4.7～10KΩ电位器调节，W11、W12为同轴电位器，选用7～13KΩ较适合;T4为射极跟踪器，起阻抗变换和功率放大作用，选用FU508A;发射线圈L1的感应电势经T5(FU508A)射随器输给后级选频放大。R1～R15的阻值范围为2～51KΩ，C1～C11的参数范围为3300PF～0.1μF，其中C4～C7可在1～10μF范围选用，T1选用3D01G，T2、T3应选用β＞120的高反压晶体三级管，L1、L2线圈的匝数为5000～10000，电感量为6.8～21mH。
图3电路中，基本发生器是由积分器运算放大器3和比较器13，以及由场效应管T19加到正反馈回路、且由集成运算放大器2组成的调制器对由运算放大器1来的Um进行工作，每次其积分器输出达到翻转点时翻转，并使比较器改变T10开关状态，从而使放大器从反相器变换成跟随器，并使调制信号之极性反转加到积分器输入，Um控制着积分器的输入电压幅度，其控制频率为f＝Um/4Vz·R·C式中f为控制频率(KC)，Vz＝6.4V，R为等效电阻，其值为60～100KΩ，C为等效电容，其值为0.015～0.22μF范围。
在该电路中，R29、R30、R31和R32分别为51KΩ、100KΩ、5.6KΩ和100KΩ，R33为5～10KΩ，C19为100～140Pf，则调制频率范围在12KC～18KC之间工作，T10为3D01G，IC2、IC3和IC13可选用OP07EN，WY1为20W7C。
在图4中，由T6、T7组成两极电感耦合放大器，并且都是共射级连接方式，因此输出信号与输入同相位。由于谐振电原理，R16、R17、R19、R21的参数范围分别10～14KΩ、20～24KΩ、5.5～8.5KΩ、22～26KΩ，R18、R20均小于1KΩ，C12、C16和C17选用56～3300Pf，C13、C14、C15、C18的参数范围为5～10μF。频带选择较窄，Q≈20～30，从而为输送给下一级由D1、D2、D3和T8组成的窄带f/v变换器提供了理想条件。其中，T6～T8和D1～D3宜选用开关型晶体三级管和二级管，L3～L5电感线圈为1000～1400匝，由调试过程确定具体匝数。
经T8的射极输出到图5电路中，从而大大改善信号的质量，可达到输出阻抗小于2欧姆的高品质。
图6电路中，共使用了IC6～IC11六个运算放大器(OP07EN四只，ICL 7650CP两只)。其中，IC6、IC7作为比例放大;IC8、IC9中IC8作为积分功能，IC9具有比较器作用，从高频窄带变换器经阻抗匹配后，信号U5加在IC8的反相输入端。由于电压比较器的正反馈作用，使IC9的输出电压总是等于最大值，即U′s＝±U′6mIC6、IC7是受U′s控制的电子开关，当U′s为(+)时，T16导通，T11截止，当U′s为(-)时，T16截止，T11导通，现设定为第一种状态时，Us加到IC6的反相端，经IC7、8、9的上述作用后，T16截止，T11导通，这时Us经IC10、IC11双相电压比较器IC11经FET12与电位器W4的调节，使输出恒为零值(对公共端而言)，图中，R44、R45是为比较器IC11提供参考电压，为了方便可选用4.7～10KΩ多圈电位器为宜，调试后，再确定R44、R45的电阻值。T12若采用3DJ6系列，则W4可选用7～12K电位器即可，获得正常调整作用。
经IC10输出的电压是与被测物板带厚度成比例的毫伏值。此值即可用数字电压表显示带材实际厚度，并可以将其打印在卡片上，可作为检测凭据。
权利要求
1.一种电磁反射式测厚仪，包含电源、信号源、发射线圈、接收线圈，其特征在于A、该测厚仪由发射线圈1、接收线圈2，调制锁相环3、频率校正和窄带电压变换4、阻抗变换器及精密检波与倍压5、线性反馈补偿及自动调整置零6、高压高精度稳压电源7、冷却调整控制单元8组成；B、包含发射线圈和接收线圈的信号源及发射与接受线圈电线路由R1～R15、C1～C11、T1～T5、L1～L2以及W3、W11、W12组成；C、调制锁相环电线路由R29～R33、IC2、IC3、IC13、Um、T10、C19、Wy1组成；D、频带校正和窄带电压变换电线路由R16～R23、C12～C18、T6～T8、D1～D3、L3～L5组成；E、阻抗变换器及精密检波与倍压电线路由R24～R28、IC4～IC5组成；F、线性反馈补偿及自动调整置零电线路由R34～R45、T11～T16、C20、D4、IC6～IC11、W4、Wy2组成；G、高压高精度稳压电源由R46～R52、T13～T15、Wy3～Wy6、W5、C21、IC12组成。
2.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于R1～R15的阻值范围为2～51KΩ;C1～C11的参数范围为3300PF～0.1μF;其中C4～C7为1～10μF;T2、T3选用β＞120的高反压晶体三极管;L1、L2线圈的匝数为5000～10000匝，电感量为6.8～21mH。
3.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于积分器输入电压幅度的控制频率为f＝Um/4Vz·R·C式中，f为控制频率(kc)，Vz＝6.4V，R为等效电阻，其值为60～100KΩ，C为等效电容，其值为0.015～0.22μF。
4.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于R29、R30、R31和R32的阻值分别为51KΩ·100kΩ、5.6kΩ和100kΩ;R33为5～10kΩ;C19为100～140PF。
5.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于R16、R17、R19、R21的阻值范围分别为10～14kΩ、20～24kΩ、5.5～8.5kΩ、22～26kΩ;R18、R20均小于1kΩ;C12、C16和C17的参数范围为56～300PF;C13、C14、C15和C18的参数范围为5～10μF;L3～L5电感线圈的匝数为1000～1400匝。
6.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于R44、R45的参数范围为4.7～10kΩ;
7.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于W5为4.7～47kΩ，R52为2～5Ω，R46为8～12kΩ。
全文摘要
本发明系一种电磁反射式测厚仪。主要适用于金属板带材轧制过程中在线连续测量其板带的厚度。该测厚仪由信号源、发射线圈、接收线圈、调制锁相环、频率校正及窄带电压变换、阻抗变换器及精密检波与倍压、线性反馈补偿及自动调整置零和高压高精度稳压电源的电线路以及冷却调整控制单元组成。其测量厚度范围为1～12mm，测量精度0.02mm+1％×测量值，最高工作温度750～950℃。且结构简单，成本低，无污染。
文档编号G01B7/06GK1070731SQ9210964
公开日1993年4月7日 申请日期1992年8月24日 优先权日1992年8月24日
发明者曹奇恒, 赵义辉 申请人:冶金工业部钢铁研究总院