用于脉冲涡流系统的接收器的制作方法

本公开涉及一种用于脉冲涡流(pec)系统的接收器，该系统包括被配置为生成变化电磁场的发送器，该变化电磁场在布置于电磁场内的导电材料的物体内感应涡流，以及被配置为检测由涡流生成的变化电磁场的接收器。

背景技术：

1、pec，例如如us 5,059,902中所述，已成功被应用于机械度量的测量，诸如电阻率、有色金属片材的厚度和边缘位置。

2、该方法通过使用发送器线圈中的dc电流在正在测量的板中产生静磁场来工作。然后通过关断电流以突然消除磁场，将磁能沉积在合适的负载电阻器中。测量由于电流切断所产生的第一脉冲，并且其积分可以被用来确定板和线圈之间的距离。

3、在发送器线圈中的电流已衰减之后，可以开始测量由所施加的磁场的突然变化在板中感应的涡流。由于板中的涡流的快速衰减而引起的磁场的变化可以感应出小的信号，可以测量并分析该信号，从而推断出板的电阻率和厚度。

4、涡流信号的测量通常使用单独的接收器线圈和单独的测量接收器信道(rc)来完成，其被专门设计来测量来自涡流衰减的mv信号。由于发送器电流切断所产生的初始脉冲可能高达数百伏，这就是为什么涡流测量信道还必须包括某种类型的过压保护器件(ovp，over voltage protection)。

5、涡流衰减的最早部分与厚度无关，并且可以被用来获得对板的电阻率的测量。稍后部分取决于片材电阻率除以厚度。在计算电阻率和片材电阻之后，可以推导出板的厚度，例如如us 6,661,224中所述。

技术实现思路

1、由于发送器电流切断所产生的初始脉冲可以是几百伏，而涡流衰减的稍后部分在mv范围内，从而产生低电压(lv)信号，因此使用两个接收信道：具有低增益的高电压接收信道(hvrc)和具有高增益的低电压接收信道(lvrc)，其中lvrc由ovp保护以免受初始脉冲的影响。当测量来自接收器线圈的脉冲时，在正确的时刻，ovp电路从阻断状态切换到导通状态，以便在lvrc的输入处呈现lv信号，并且(通常)用足够的增益将其放大。

2、利用简单的固态串联开关来实现ovp电路对于相对厚的物体(例如板)的厚度测量来说效果足够好，例如厚度至少为0.5mm。不幸的是，随着物体厚度的减小，执行测量变得越来越困难。尤其是：

3、1)信噪比下降，需要低噪声、高分辨率的接收器；

4、2)lv信号衰减变得更短，使得难以获取和提取电阻率信息。这需要具有更大带宽的线圈系统和相关联的前端；

5、3)ovp电路的行为需要尽可能接近理想开关，并且开关瞬变可忽略不计。长的开关瞬变可能导致lv信号的屏蔽，使得无法从中提取电阻率和厚度信息。

6、本发明的一个目的是提供一种改进的pec接收器，包括ovp，其有助于对较薄物体(例如，具有小于0.5mm的厚度)的厚度测量。

7、根据本发明的一方面，提供了一种用于脉冲涡流(pec)系统的接收器，其被配置为检测由在导电材料的物体内感应的涡流所生成的变化电磁场。接收器包括导电接收器线圈、高电压接收器信道(hvrc)、低电压接收器信道(lvrc)以及连接在接收器线圈和lvrc之间的过压保护器件(ovp)。ovp包括偏置电路b、连接在接收器线圈和偏置电路之间的二极管d以及连接在偏置电路和lvrc之间的电容器c。

8、根据本发明的另一方面，提供了一种pec系统，包括被配置为生成变化电磁场的发送器和本公开的接收器的实施例，该变化电磁场在布置在电磁场内的导电材料的物体内感应涡流。

9、根据本发明的另一方面，提供了借助于本公开的pec系统的实施例来确定物体的厚度的方法。该方法包括借助于发送器在物体内感应涡流。该方法还包括借助于接收器测量作为时间的函数的、由感应涡流所生成的变化电磁场在接收器线圈中所感应的电压，其中对于在接收器线圈中所感应的高于由偏置电路所提供的偏置阈值的电压，ovp阻止lvrc看到感应电压，而对于在接收器线圈中所感应的低于偏置阈值的电压，ovp允许lvrc看到感应电压。该方法还包括基于对电压的测量来确定物体的厚度。

10、根据本发明的另一方面，提供了一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品，当计算机可执行组件在控制器中包含的处理电路上运行时用于使pec系统的控制器执行本公开的方法的实施例。

11、ovp被用于保护lvrc免受初始电压尖峰的影响，使得lvrc能够稳定地测量由涡流所感应的小电压(mv范围)。借助于偏置电路，针对接收器线圈中所感应的低电压(低于偏置阈值，例如偏置电压)，二极管将被正向偏置，从而导通lvrc并使得lvrc能够检测和测量来自接收器线圈的信号，而针对较高电压(高于所述偏置阈值)，二极管将被反向偏置，且由此阻断感应电压。通过正确地选择由偏置电路提供的偏置阈值，可以确保二极管仅在来自接收器线圈的信号低于合适阈值时导通，从而保护lvrc免受较高信号的影响。因此，ovp在没有开关瞬变或仅有非常低的开关瞬变的情况下操作，从而导致没有瞬变或具有至少比使用标准半导体开关时低得多的瞬变。二极管在被正向偏置时的低串联阻抗和在被反向偏置时的高串联阻抗对应于ovp电路，针对本应用的要求，该ovp电路在阻断状态下表现为接近理想开路，而在导通状态下，则其表现为接近理想短路。

12、直流(dc)阻断电容器的功能是阻止lvdc看到(see)偏置，例如偏置电压或偏置电流，其是dc的并且因此被电容器所阻断。

13、应当注意的是，只要适当，任何方面的任何特征都可以被应用于任何其他方面。同样，任何方面的任何优点可以适用于任何其他方面。所附实施例的其他目标、特征和优点将从以下详细公开、所附从属权利要求以及附图中变得显而易见。

14、一般而言，除非本文另外明确定义，否则权利要求中使用的所有术语应根据其在技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则所有对“一/一个/该元件、装置、组件、部件、步骤等”的引用应被公开地解释为指的是元件、装置、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序执行。对本公开的不同特征/组件使用“第一”、“第二”等仅旨在将这些特征/组件与其他类似的特征/组件区分开，而不是向这些特征/组件赋予任何顺序或层次结构。

技术特征：

1.一种用于脉冲涡流pec系统(10)的接收器(3)，被配置为检测由在导电材料的物体(1)内感应的涡流所生成的变化电磁场，所述接收器包括：

2.根据权利要求1所述的接收器，其中所述二极管(d)是射频rf二极管。

3.根据任一前述权利要求所述的接收器，其中所述二极管(d)在被正向偏置时具有的串联阻抗的绝对值至多为2ω，例如在0.5-1.5ω的范围内，诸如1ω。

4.根据任一前述权利要求所述的接收器，其中所述二极管(d)在被正向偏置时具有的串联阻抗的绝对值至多为所述lvrc(22)的输入阻抗的绝对值的十分之一。

5.根据权利要求3或4所述的接收器，其中所述偏置电路(b)被配置为提供偏置阈值，使得所述二极管(d)具有所述串联阻抗的绝对值。

6.一种pec系统(10)，包括：

7.一种借助于根据权利要求6所述的pec系统(10)确定所述物体(1)的厚度(d)的方法，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述厚度(d)小于0.5mm，例如在0.5mm至0.1mm的范围内，诸如从0.4mm至0.2mm。

9.根据权利要求7-8中任一项所述的方法，其中所述二极管(d)在被正向偏置时具有至多1v的电压降，例如在0.5-0.9v的范围内。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中所述偏置阈值(v)比所述二极管(d)在被正向偏置时的所述电压降高至少20％。

技术总结
本公开涉及一种用于脉冲涡流(PEC)系统的接收器，其被配置为检测由在导电材料的物体内感应的涡流所生成的变化电磁场。接收器包括导电接收器线圈20、高电压接收器信道(HVRC)、低电压接收器信道(LVRC)22以及连接在接收器线圈和LVRC之间的过压保护器件(OVP)21。OVP包括偏置电路B、连接在接收器线圈和偏置电路之间的二极管D以及连接在偏置电路和LVRC之间的电容器C。

技术研发人员：马丁·兹拉坦斯基,帕罕·达瓦米,亚尔·索贝尔,托马斯·威克,简·尼尔森
受保护的技术使用者：ABB瑞士股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4