在磁化时磁脉冲及方向的检测的制作方法

1.本发明涉及磁化装置和检测器，更具体地说，涉及用于检测磁化脉冲和一个或多个参数的检测装置。


背景技术：

2.当用电脉冲磁化材料时，重要的是知晓脉冲行进/传播的方向。这在即使你有一个可以指示磁化时如何释放脉冲的装置的情况下可能也是重要的。当磁化装置是大型生产设施的一部分时，了解磁场的方向并验证装置已完成磁化过程是很重要的。可能难以做到这一点，因为在该过程中使用的脉冲通常不够长，不足以检测到其自身。
3.当使用磁化脉冲产生电流时，通常以微秒为单位测量强度水平高于50伏的脉冲。这种短的脉冲持续时间和高的强度会使得很难获取磁化脉冲的读数。当使用电流作为信息时，通常希望在电压较高时有较长的脉冲持续时间，或者在脉冲持续时间较短时有较低的电压范围(例如3-5伏)。当前用于测量磁化脉冲的方案在生产线上实现起来既昂贵又复杂。这一点再加上期望在生产线中具有稳健且易于维护的方案，意味着市场上的当前方案的成本难以在多个大批量生产线中实施。
4.希望有一种相对便宜、耐用的系统和方法来检测和验证磁化过程。


技术实现要素：

5.公开了一种用于检测磁化线圈产生的磁化脉冲的磁化脉冲检测器；其中，磁化脉冲检测器包括测量线圈、测量脉冲检测电路和持续时间延长电路。测量线圈配置成响应于磁化线圈产生的磁化脉冲产生测量脉冲。测量脉冲检测电路配置成基于由测量线圈产生的测量脉冲产生检测信号。持续时间延长电路配置成基于由测量脉冲检测电路产生的检测信号产生延长的检测信号。测量线圈可以封装在第一壳体中，测量脉冲检测电路和持续时间延长电路可以封装在第二壳体中。
6.测量脉冲检测电路可包括彼此并联并与测量线圈并联的齐纳(zener)二极管/稳压二极管。每个齐纳二极管可以具有24伏的齐纳电压。测量脉冲检测电路还可以包括整流二极管，其中整流二极管的阴极耦合到测量线圈的正极侧或负极侧，整流二极管的阳极耦合到多个并联齐纳二极管的阳极。
7.持续时间延长电路可配置成仅当检测信号超过一脉冲阈值时进行触发，该脉冲阈值指示磁化线圈产生的磁化脉冲足以成功磁化试样/试件/样本(specimen)。持续时间延长电路可以包括检测信号保持继电器，其配置成在由复位/重置信号复位之前保持检测信号。检测信号保持继电器可以是固态继电器，其配置成仅当检测信号超过一脉冲阈值时进行触发，所述脉冲阈值指示磁化线圈产生的磁化脉冲足以成功磁化试样的。
8.测量脉冲检测电路可以包括配置成平滑测量脉冲中的振荡的第一测量脉冲平滑部和第二测量脉冲平滑部，以及配置成将负极性测量脉冲引导至第一测量脉冲平滑部并将正极性测量脉冲引导至第二测量脉冲平滑部的引导部。当负极性测量脉冲被引导至第一测
量脉冲平滑部时，第一测量脉冲平滑部可以产生负极性检测信号，并且当正极性测量脉冲被引导至第二测量脉冲平滑部时，第二测量脉冲平滑部可以产生正极性检测信号。
9.引导部可包括第一整流二极管和第二整流二极管。第一整流二极管的阴极可以连接到测量线圈的正极侧，以将负极性测量脉冲传输到第一测量脉冲平滑部并阻挡正极性测量脉冲。第二整流二极管的阴极可以连接到测量线圈的负极侧，以将正极性测量脉冲传输到第二测量脉冲平滑部并阻挡负极性测量脉冲。
10.第一测量脉冲平滑部可包括并联的第一组齐纳二极管，第二测量脉冲平滑部可包括并联的第二组齐纳二极管。第一整流二极管的阳极可以连接到第一组中的多个齐纳二极管的阳极，并且第二整流二极管的阳极可以连接到第二组中的多个齐纳二极管的阳极。测量线圈可以封装在第一壳体中，测量脉冲检测电路和持续时间延长电路可以封装在第二壳体中，并且互连电缆可以连接第一壳体和第二壳体。互连电缆可以包括配置成将测量线圈的正极侧耦合到第一整流二极管的阴极的第一线路，配置成将测量线圈的负极侧耦合到第二整流二极管的阴极的第二线路；和配置成耦合到安全地线的电缆屏障。
11.持续时间延长电路可包括配置成基于负极性检测信号触发的负脉冲检测电路，和配置成基于正极性检测信号触发的正脉冲检测电路。负脉冲检测电路可配置成仅当负极性检测信号超过负脉冲阈值时进行触发，该负脉冲阈值指示由磁化线圈产生的磁化脉冲足以成功磁化具有负极性的试样；并且正脉冲检测电路可以配置成仅当正极性检测信号超过正脉冲阈值时进行触发，该正脉冲阈值指示由磁化线圈产生的磁化脉冲足以成功磁化具有正极性的试样。负脉冲检测电路可以包括负脉冲检测保持继电器，其配置成在由复位信号复位之前保持延长的检测信号；并且正脉冲检测电路可以包括正脉冲检测保持继电器，其配置成在由复位信号复位之前保持延长的检测信号。负脉冲检测保持继电器和正脉冲检测保持继电器可以是固态继电器。复位信号可以在持续时间延长电路的外部产生。
附图说明
12.通过结合附图参考对于本公开实施例的以下描述，本公开的上述方面和获得它们的方式将变得更加明确，并且将会更好地理解本公开本身，其中：
13.图1示出了磁化装置和磁化脉冲检测器；
14.图2示出了与多个齐纳二极管并联的测量线圈；
15.图3示出了磁化脉冲测量装置的一部分的示例性实施例，其具有第一列并联齐纳二极管和第二列并联齐纳二极管，以及第一整流二极管和第二整流二极管；
16.图4示出了磁化脉冲测量装置的一部分的示例性实施例，其中在配置成保持输出信号的第一列齐纳二极管和第二列齐纳二极管之后的正极性和负极性输出线路上具有固态继电器；和
17.图5示出了磁化装置和示例性磁化脉冲检测器，其中测量线圈与脉冲检测电路的其余部分分开放置，并且测量线圈使用xlr互连电缆连接至脉冲检测电路的其余部分。
18.在这几个图中，相应的附图标记用于表示相应的部分。
具体实施方式
19.下文所述的本公开实施例并非旨在穷举，也并非将本公开限制为以下详细说明中
的特定形式。相反，选择和说明实施例是为了使本领域技术人员可以理解和领会本公开的原理和实践。
20.磁化设备可用于沿所需方向磁化小型的各向同性(未磁化)的磁体。磁化设备可以包括具有大电源和大电容器组的控制单元。当磁化设备被启动时，电源可以用电荷填充电容器，并且电容器可以通过粗规格导线将电荷射入磁化线圈。能量可以非常高，例如2100伏和5000安培，持续时间可以非常短，例如300微秒(μsec)。希望能够确定磁化过程是否成功发生，以及在哪个极性方向进行。控制单元没有给出关于这些参数的可靠反馈。没有现成的传感器或检测器能够以简单的方式检测这种持续时间非常短的磁化脉冲，并且还能辨别方向。期望检测器装置是简单、低成本的装置，不需要计算机或高度先进的系统，例如亥姆霍兹(helmholtz)线圈测量系统。希望检测器装置能够检测到持续时间短的磁化脉冲，有效地延长其持续时间以使磁化脉冲更容易检测，从而验证材料的磁化过程成功发生，并识别所产生的磁场的方向/极性。
21.图1示出了磁化装置10和磁化脉冲检测器20。磁化装置10包括磁化线圈12和控制单元14。箭头16、18表示由磁化线圈12产生的正极性和负极性磁化脉冲的场轴线。磁化脉冲检测器20包括测量线圈22和脉冲检测电路24，脉冲检测电路24配置成验证和测量由磁化线圈12产生的磁化脉冲的参数，并提供检测器输出28。磁化线圈12可以是亥姆霍兹线圈。磁化线圈12可以产生磁化脉冲，这使得测量线圈22产生电流。由磁化脉冲产生的电流强度可以由测量线圈22中的绕组数量/匝数——例如4-20匝铜线——来确定。如果电流强度过高，它会烧坏连接的电路板。
22.测量线圈22的直径可与磁化线圈12的直径相似，并且测量线圈22可放置在磁化线圈12附近，与其场轴线成一直线。当磁化线圈12产生磁化脉冲时，测量线圈22可以耦合到示波器以测量由测量线圈22拾取/获取的感应量。例如，具有27匝标准0.8毫米(mm)绝缘铜线的测量线圈在示波器上提供约100伏的正极性脉冲的读数，持续约300微秒(μsec)。当磁化极性反转时，测量线圈在示波器上提供约100伏的负极性脉冲读数，持续约300微秒。然而，示波器上的这些脉冲有几个不必要的振荡，这是线圈输入突然上升时的常见现象。这通常称为阶跃响应，振荡或振铃现象的峰间幅值为约60伏，频率为约100khz。
23.可能需要通过减少测量线圈22提供的脉冲中的振荡或振铃现象来平滑测量脉冲，以产生更清晰的信号。可以添加与测量线圈22并联的电阻器来减少这种振铃现象，然而并联的电阻器会消耗脉冲。作为替代，可以添加与测量线圈22并联的电容器以压平振铃振荡，如果不是必须调节磁化力的话这可能有一些效用。
24.齐纳二极管可与测量线圈22并联，齐纳二极管的阴极位于测量线圈22的正极导体方向。当以相反极性磁化时，齐纳二极管的方向应该反转。为了与标准自动化设备兼容，齐纳二极管可以具有24伏的齐纳电压。在电压变得低于特定的齐纳电压例如24伏之前，齐纳二极管的齐纳串联阻抗(例如14欧姆(ω))使测量线圈22短路。在测试中，与测量线圈22并联的单个齐纳二极管在几次尝试后烧坏，因为该低电阻不能将电压保持在低位，达到与其最大额定值相关的可接受水平。需要更小的电阻和电压来下拉到所需的24伏最大电压，并且需要更大的电流处理能力来创建更可靠的电路。
25.如图2所示，将多个齐纳二极管202与测量线圈22并联，可提供数倍的电流处理能力。例如，将具有24伏特的齐纳电压和14ω的齐纳串联阻抗的六个齐纳二极管彼此并联并
与测量线圈22连接，提供了更大的电流处理能力和2.33ω的齐纳串联阻抗。测量线圈22上的匝数也可以减少，以进一步降低齐纳二极管上的应力。例如，将测量线圈22上的匝数减少到4匝可以降低测量脉冲电压，将电流保持在齐纳二极管202能够处理的水平，并确保测量脉冲电压保持在对应于60％-100％磁化力的窗口(例如23-30伏)中。
26.期望磁化脉冲测量装置20能检测磁化线圈12的磁化脉冲，无论其极性如何。图3示出了磁化脉冲测量装置的示例性实施例，其具有第一列并联齐纳二极管320、第二列并联齐纳二极管340、第一整流二极管330和第二整流二极管350。测量线圈22的正极侧通过第一整流二极管330连接到第一列齐纳二极管320的阳极，测量线圈22的负极侧连接到第一列齐纳二极管320的阴极。测量线圈22的负极侧通过第二整流二极管350连接到第二列齐纳二极管340的阳极，测量线圈22的负极侧连接到第二列齐纳二极管340的阳极。第一整流二极管330和第二整流二极管350可以是超快整流二极管，能够处理高电流和高电压。如图3所示，两个整流二极管330、350安装在两组齐纳二极管320、340之前，以根据测量脉冲的极性将测量线圈22产生的测量脉冲导向第一列齐纳二极管320和第二列齐纳二极管340中的一者或另一者。当磁化线圈12产生正极性磁化脉冲时，测量线圈22拾取/获取正极性脉冲，第一整流二极管330阻挡该正极性脉冲，第二整流二极管350将该正极性脉冲传输到第二列齐纳二极管340，该齐纳二极管在正极性输出线342上产生正极性检测信号。当磁化线圈12产生负极性磁化脉冲时，测量线圈22拾取/获取负极性脉冲，第一整流二极管330将该负极性脉冲传输给第一列齐纳二极管320，第二整流二极管350阻断该负极性脉冲，并且第一列齐纳二极管320在负极性输出线322上产生负极性检测信号。
27.可能需要延长输出线322、342上的信号持续时间以确保它们可被控制器拾取并与控制器的i/o接口兼容。300微秒的脉冲持续时间对于典型的可编程逻辑控制器(plc)来说太快了。可编程逻辑控制器通常需要大约500毫秒的脉冲持续时间，因为由短持续时间脉冲产生的短的开启/进行(on)信号可能在可编程逻辑控制器的程序例程的扫描时间之间被错过。脉冲持续时间甚至可能不足以接通机械继电器，因为机械继电器通常需要大约20毫秒。固态继电器没有移动部分，通常是光电装置，并且可以在仅仅20微秒内接通，这对于可靠地检测输出线322、342上的正极性和负极性检测信号是足够快的。还可能希望将控制器与磁化脉冲测量装置20电流隔离。
28.为确保可编程逻辑控制器能够可靠地检测输出线322、342上的正极性和负极性检测信号，可在第一列齐纳二极管320和第二列齐纳二极管340之后使用多个固态继电器。图4示出了在第一列齐纳二极管320之后在负极性输出线322上具有三个固态继电器420-424的示例性实施例；以及在第二列齐纳二极管340之后在正极性输出线342上的三个固态继电器440-442。
29.对于第一组继电器420-424，第一固态继电器420可充当第二固态继电器422的触发器，第二固态继电器422可产生保持功能，第三固态继电器424可向负脉冲检测线428上的可编程逻辑控制器发送电流隔离进行/开启(on)信号。对于第二组继电器440-444，第一固态继电器440可充当第二固态继电器442的触发器，第二固态继电器442可产生保持功能，第三固态继电器444可向正脉冲检测线448上的可编程逻辑控制器发送电流隔离on信号。第二固态继电器422、442的这种保持功能一直持续到复位信号终止保持功能的闭环。可编程逻辑控制器可以包括由可编程逻辑控制器的输出触发的复位继电器450。当可编程逻辑控制
器触发复位继电器450时，复位信号从复位继电器450发出，以终止第一组固态继电器420-424或第二组固态继电器440-444中的保持功能的闭环。这使得不管极性方向如何可编程逻辑控制器都有足够的时间来记录结果，并在准备好时将复位信号发送回磁化脉冲检测器20，从而使磁化脉冲检测器20为新的检测做好准备。
30.图4示出了耦合到触发固态继电器420的负极性输出线322。负极性输出线322也可以耦合到负测试输出线402。触发固态继电器420耦合到保持固态继电器422，以在负极性输出线322上检测到负极性检测信号时触发保持固态继电器422上的负/反向输出保持功能。保持固态继电器422耦合到输出固态继电器424，其中电流隔离输出信号或on信号可以向负脉冲检测线428上的可编程逻辑控制器指示负极性检测信号。常闭触点450可以断开，以中断保持固态继电器422上的触发固态继电器420的自保持功能。
31.图4还示出了耦合到触发固态继电器440的正极性输出线342。正极性输出线342也可以耦合到正测试输出线404。触发固态继电器440耦合到保持固态继电器442，以在正极性输出线342上检测到正极性检测信号时触发保持固态继电器442上的正/直接输出保持功能。保持固态继电器442耦合到输出固态继电器444，其中电流隔离输出信号或on信号可以向正脉冲检测线448上的可编程逻辑控制器指示正极性检测信号。常闭触点452可以断开，以中断保持固态继电器442上的触发固态继电器440的自保持功能。
32.可为脉冲检测线428、448上的电流隔离负输出和正输出提供外部输入(例如，24v输入)。能中断自保持功能的触点450、452可以连接(tied)在一起，使得触发任一触点打开/断开都会触发触点450和452两者打开/断开。触点450、452可以具有多种实施例，例如手动按钮、从外部激活的继电器、定时复位装置等。
33.固态继电器420-424、440-444的接通阈值也可用于验证磁化装置10的磁化线圈12的磁化是否成功。例如，如果固态继电器具有17伏的接通阈值，那么如果来自测量线圈22的测量脉冲小于17伏，则固态继电器将不接通。可以确定达到该接通阈值所需的磁化力，并且磁化脉冲检测器20的电路配置成需要足够的测量脉冲来达到该接通阈值。例如，如果确定低于40％的磁化力不能成功磁化试样，并且固态继电器420-424、440-444的接通阈值需要至少52％的磁化力。那么只有足以成功磁化试样的磁化力才会接通固态继电器420-424、440-444。
34.由于测量线圈22中的感应能量可能变高，可能需要将测量线圈22与脉冲检测电路24分开。图5示出了磁化装置10和示例性磁化脉冲检测器20，其中测量线圈22与脉冲检测电路24的其余部分分开安置，并且测量线圈22使用屏蔽的3针xlr(卡农)互连电缆500连接到脉冲检测电路24的其余部分。3针xlr互连电缆500包括将测量线圈22的正极侧耦合到第一整流二极管330的第一线路502、将测量线圈22的负极侧耦合到第二整流二极管350的第二线路504、以及作为电缆屏障的第三线路506，第三线路506连接到安全地线(pe)以在电缆500断开时释放能量。xlr互连电缆500还提供了在断开时建立安全端的可能性，这是通过在可能存在电压的地方使用阴性xlr连接器端来实现的。只要齐纳电路320、340连接到测量线圈22，就不会达到危险电压。但是如果xlr互连电缆500与齐纳电路320、340断开，电压可以达到60伏。通过使用测量线圈22的壳体上的xlr母座连接器与xlr互连电缆500那端的xlr公座连接器连接，可以降低电击的风险。
35.虽然已在附图和前述说明中对本公开进行了详细说明和描述，但此类说明和描述
应视为示例性的，而非限制性的，应理解的是，已对说明性实施例进行了描绘和描述，并且本公开的主旨范围内的所有变型和修改均应受到保护。将会注意到，本公开的替代实施例可能不包括所描述的所有特征，但是仍然受益于这些特征的至少一些优点。本领域技术人员可以容易地设计出他们自己的、结合了本公开的一个或多个特征的实施方式，并且这些实施方式落入由所附权利要求限定的本发明的主旨和范围内。