CN1037209C - 电磁反射式测厚仪 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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***,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提供了一种激光测厚仪。该测厚仪采用两个光路***,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***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***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在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为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场量Ef为:
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;经过调制锁相环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***,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959℃高温下,能够在线连续地较准确地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、调制锁相环电线路3、频率校正和窄带电压变换电线路4、阻抗变换器及精密检波与倍压电线路5、线性反馈补偿及自动调整置零电线路6、高压高精度稳压电源电线路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)由电阻R1~R15、电容C1~C11、晶体三极管T1~T5、电感线圈L1~L2以及电位器W3、W11、W12组成;调制锁相环电线路由电阻R29~R33、放大器IC2、IC3、IC13、振荡波幅Um、晶体三极管T10、电容C19、稳压管WY1组成。其中节点11与频率校正和窄带电压变换电路中的电容C22相连;频率校正和窄带电压变换电线路由电阻R16~R23、电容C12~C18、晶体三极管T6~T8、二极管D1~D3、电感线圈L3~L5组成,且节点12与阻抗变换器及精密检波与倍压电路中的电阻R27相连;阻抗变换器及精密检波与倍压电线路由电阻R24~R28、放大器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电阻R34相连;线性反馈补偿及自动调整置零电线路由电阻R34~R45、晶体三极管T11、T12、T16、电容C20、二极管D4、放大器IC6~IC11、电位器6W4、WY2组成;高压高精度稳压电源由电阻R48~R52、晶体三极T13~T15、稳压管WY3~WY6、电位器W5、电容C21、放大器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,在有μA741(12)组成的80V高压高精度稳压电源中,稳压管WY6通过稳压管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,电位器W5不4.7~47KΩ;此电源之保护短路是由晶体三极管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,该电路中R46的参数值为(8~12Ω)。
图2中左半部分是产生5~20KC振荡电源;晶体三极管T1采用3D01G,目的提高输入阻抗,使振荡稳定可靠;晶体三极管T3采用射极输出,日的是减少后级对振荡电路的影响;电位器W3可用4.7~47KΩ电位器调节,电位器W11、W12为同轴电位器,选用7~13KΩ较适合;晶体三极管T4为射极***,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。电阻R1~R15的阻值范围为2~51KΩ,电容C1~C11的参数范围为3300PF~0.1μF,其中电容C4~C7可在1~10μF范围选用,晶体三极管T1选用3D01G,T2、T3应选用β>120的高反压晶体三极管,电感线圈L1、L2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运算放大器IC3和比较器IC13组成,由场效应管IC19加到正反馈回路,且由集成运算放大器IC2组成的调制器对由运算放大器IC1来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(KHz),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,电阻R29、R30、R31、R32分别为51KΩ、100KΩ、5.6KΩ和100KΩ,电阻R33为5~10KΩ,电容C19为100~140PF,则调制频率范围在12KHz~18KHz之间工作,晶体T10为3D01G,放大器IC2、IC3、IC13可选用OP07EN,稳压管WY1为20W7C。
在图4中,由晶体三极管T6、T7组成两级电感耦合放大器,并且都是共射极连接方式,因此输出信号与输入同相位。由于谐振电原理,电阻R16、R17、R19、R21的参数范围分别选为10~14KΩ、20~24KΩ、5.5~8.5KΩ、22~26KΩ,电阻R18、R20均小于1KΩ,电容C12、C16和C17选用56~3300PF,电容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T3组成的窄带f/v变换器提供了理想条件。其中,晶体三极客T6~T8和二极管D1~D3宜选用开关型晶体三级管和二级管,电感线圈L3~L5的匝数为1000~1400匝,由调试过程确定具体匝数。
经晶体管T8的射极输出到图5电路中路,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~IC11六只运算放大器(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U6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’6=±U’6m运算放大器IC6、IC7的受U’s 控制的电子开关,当U’s为(+)时,晶体三极管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,U6加到IC6的反相端,经算放大器IC7、IC8、IC9的上述作用后,T16截止,T11导通,这时U6经IC10、IC11双相电压比较器IC11经PETT12与电位器W4的调节,使输出恒为零值(结公共端而言),图中,电阻R44、R45是为比较器IC11提供参考电压,为了方便可选用4.7~47KΩ多圈电位器为宜,调试后,再确定R44、R45的电阻值。晶体三极管T12若采用3DJ6系列,则电位器W4可选用7~12KΩ,获得正常调整作用。
经运算放大器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。
Claims (12)
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:
信号源中的发射线圈(1)和接收线圈(2)之间通过节点V+1与高压高精度稳压电源电线路(7)相连,接收线圈(2)的输出端通过电容C11与调制锁相环电线路(3)的运算放大器IC1相连,调制锁相环电线路(3)通过电容C19和节点11与频率校正和窄带电压变换电线路(4)中的电容C22相连,频率校正和窄带电压变换电线路(4)通过二极管D3和节点12与阻抗变换器及精密检波与倍压电线路(5)中的电阻R27相连,阻抗变换器及精密检波与倍压电线路(5)通过电阻R25和节点14与线性反馈补偿及自动调整置零电线路(6)中的电阻R34相连。
2、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于包含发射线圈(1)和接收线圈(2)的信号源中,由电阻R1~R9电容C1~C6、电位器W11、W12以及晶体三极管T1、T2组成稳定性振荡源;由电阻R10~R12、电容C7、C8、晶体三极管T3、T4组成另一振荡源;由电阻R10~R12、电容C7、C8、晶体三极管T3、T4以及激发线圈L1组成平面波电磁场发射电路;由电容C9~C11、晶体三极管T5以及接受线圈L2组成能获取场强Ej、Hj的电路;
电容C2与电位器W12、电容C1与电位器W11各并联后再串联,其联接处与晶体三极管T1的基极相连;电阻R4与电容C5并联后的一端与晶体三极管T1源极相连,另一端与电阻R5串联后接地;电阻R1的两端分别与电位器W11、电容C2相连; 晶体三极管T1漏极经电容C4与晶体三极管T2基极相连;电阻R6、R7串联的节点与晶体三极管T2基极相连,另外两端分别接至电源正极和地端;电阻R9与电容C6并联后的两端分别接至晶体三极管T2发射极和地端,晶体三极管T2的集电极端输出接至晶体三极管T3基极,并且经电容C3反馈到电阻R1和电位器W11端;晶体三极管T3的集电极接电阻R10后接地,其发射极经电位器W3接至电源正极,其调节端经电容C7与晶体三极管T4基极相连;晶体三极管T4基极经电阻R11与电源正极相连,其集电极与电阻R12串联后也与电源正极相连,其发射极与发射线圈L1、电容C1并联后接地;接收线圈L2的中点抽头与晶体三极管T5基极相连,两端与电容C9并联后与电容C10串联接至电源正极。
3、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于调制锁相环电线路中由运算放大器IC3和比较器IC13组成基本发生器,由运算放大器IC2组成调制器;
其中,输入端经电容C11引入到放大器IC1的反相输入端,而同相输入端接地;电阻R13和R14串联后的两端分别与电容C11和放大器IC1的输出端相接,其中点经电阻R15接地;电阻R29、R30均与放大器的输出端相接,电阻R29的另一端接至晶体三极管T19的源极和放大器IC2的反相输入端,电阻R30的另一端接接至放大器IC2同相输入端;电阻R31、R32串联后的两端分别与晶体三极管T19漏极和放大器IC3反相输入端联接,其中点接至放大器IC2的输出端,晶体三极管T19的隔离极接至电源负极;放大器IC3同相输入端接地,电容C19两端分别接至放大器IC3的反相输入端和输出端,放大器IC3的输出端直接与放大器IC13同相输入端联接,IC3的反相输入端与稳压管WY1串联后接地;电阻R33分别与放大器IC13的反相输入端和输出端相接后,再接到晶体三极管T10的基极,T10的漏极与放大器IC2同相输入端相接,其源极接地。
4、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于在频带校正和窄带电压变换电线路中,由晶体三极管T6、T7组成两级电感耦合放大器,由晶体三极管T7组成集电极谐振网络,由二极管D1、D2、D3和晶体三极管T8组成窄带变换器;
其中,晶体三极管T6的输入端经电容C22与放大器IC13同相输入端联接;电阻R16、R17串联后的两端分别接到电源负极和地端,中点端与晶体三极管T6基极联接;电阻R18和电容C13并联后的两端分别接至晶体三极管T6的发射极和地端;电容C12与线圈并联后分别接至电源负极和晶体三极管T6的集电极,经耦合后的线圈两端分别接至晶体三极管T7的基极和电阻R19、R21串联的中点,R19、R21的另外两端分别接至电源负极和地端;电阻R20和电容C15并联后的两端分别接至晶体三极管T7的发射极和地端;电容C16和电感线圈L3并联后的一端接晶体三极管T7的集电极,电线圈L3的抽头端接电源负极;二极管D1、D2反向并联后的一端与电感线圈L4串联,另一端与电感线圈L5串联后再与晶体三极管T8基极连接,L4的另一端则接地,电容C18和电阻R22并联后的一端也与晶体三极管T8基极相接,另一端接地;晶体三极管T8的发射极分别与二极管D3、D2的负极相接;二极管D3和电阻R23串联后,D3负端与晶体三极管T8发射极相接,电阻R23与负压V-2相接,而T8的集电极直接与负压V-1相接。
5、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于阻抗变换器及精密检波与倍压电线路中,电阻R27的一端与电阻R23相接,另一端接放大器IC4的反相输入端;电阻R26的两端分别与放大器IC4的反相输入端和输出端相接,经电阻R29输出给放大器IC5的反相输入端;电阻R24分别与放大器IC5的反相输入端和输出端相接;放大器IC4、IC5的同相输入端均接地;电阻R25分别与放大器IC4的反相输入端和放大器IC5的输出端相接。
6、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于在线性反馈补偿及自动调整置零电线路中,电阻R34的一端接放大器IC5的输出端,另一端接到放大器IC6的反相输入端;电阻R35的一端与放大器IC6的反相输入端和输出端相接,放大器IC6的输出端经电阻R36接至放大器IC7的反相输入端,IC7输出端与晶体三极管T11的源极相接,T11基极串联二极管D4后的负极与电阻R43和晶体三极管T16的漏极相接,其源极接至放大器IC6输出端;晶体三极管T16的基极串联电阻R44后与放大器IC9的输出端相接,二极管D4负极与晶体三极管T16漏极相接;晶体三极管T11漏极串联R37后接到放大器IC8的反相输入端;电容C20的两端跨接在IC8的反相输入端和输出端;放大器IC9的同相输入端串联电阻R42后接地;电阻R41的一端接放大器IC9的同相输入端,另一端串联稳压管Wy2后接地,稳压管Wy2的另一端与放大器IC9输出端相接;电阻R44的一端接电源V+2,另一端接放大器IC11的同相输入端后,再经电阻R45接地,放大器IC11的输出端与晶体三极管T12的基极相接,其源极接地,漏极接至电位器W4和电阻R39串联的中点上,电位器W4的定端接至放大器IC10的输出端和数字显示屏的输入端,电阻R39的另一端接地;另外,放大器IC6、IC7、IC8的同相输入端均接地。
7、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于:
电阻R1~R15的阻值范围为2~51Ω;
电容C1~C3和C8~C11的参数范围为3300PF~0.1μF;C4~C7为1~10μF;
晶体三极管T2、T3选用β>120的高反压晶体三极管;
电感线圈L1L2的匝数为5000~10000匝,电感量为6.8~21mH。
8、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(KHz),Vz为基准电压,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,Um为振荡波幅。
9、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于:
电阻R29、R30、R31和R32的阻值分别为51KΩ、100KΩ、5、6KΩ和100KΩ;
电阻R33为5~10KΩ;
电容C19为100~140PF。
10、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于:
电阻R16、R17、R19和R21的阻值范围分别为10~14KΩ、20~24KΩ、5.5~8.5KΩ、22~26KΩ;
电容C12、C16、C17的参数范围为56~300PF;
电容C13、C14、C15和C18参数范围为5~10μF;
电感线圈L3~L51000~1400匝。
11、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。
12、根据权利要求1所述的测厚仪,其特征在于:电位器W5的参数为4.7~47KΩ,电阻R52的参数为2~5KΩ,电阻R46的参数为8~12KΩ。
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- 1992-08-24 CN CN92109643A patent/CN1037209C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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