Методи та засоби покращення параметрів низькочастотного каналу вихрострумового товщиноміра сталевих листових конструкцій

Abstract

The thesis is dedicated to the methods and means of parameters improvement research of the structure of low frequency channel of eddy current sheet steel constructions thickness meter. Signals of parametric eddy current converter during it interaction to measurable object and their subsequent transformation as well as flicker noise influence decreasing methods in the measurement devices with periodical comparison are analyzed. The structure of thickness meter low frequency channel is proposed based on the analysis. The flicker noise influence is decreased to the value lower than white noise influence in the structure. The appeared in the structure errors are evaluated. The flicker noise source model based on the white noise source model to using in the computer simulation systems is propose. Диссертация посвящена исследованию методов и средств улучшения параметров структуры низкочастотного канала вихретокового толщиномера стальных листовых конструкций. В работе проанализирована чувствительность вихретоковых преобразователей параметрического и трансформаторного типов. Проанализировано влияние ферромагнитной проводящей пластины на вносимое на низких частотах в обмотку вихретокового преобразователя комплексное сопротивление, индуктивная составляющая которого в данном случае намного больше активной. Рассчитаны зависимости вносимого индуктивного сопротивления от толщины пластины при разных значениях относительной магнитной проницаемости материала пластины на частоте 1 Гц. Полученные соотношения использованы для анализа сигналов параметрического вихретокового преобразователя при их модуляции и последующих преобразованиях. Предложена модель источника фликкер-шума на основе источника белого шума, пригодная для использования в системах компьютерного моделирования. Проанализированы методы уменьшения влияния фликкер-шума на измерения – метод использования компенсационного канала и метод использования частоты коммутации модулятора намного большей частоты сравниваемых сигналов. В результате анализа предложена структура низкочастотного канала вихретокового толщиномера стальных листовых конструкций с частотой коммутации намного большей частоты сравниваемых сигналов с использованием балансной модуляции, в которой влияние фликкер-шума сведено до уровня меньшего, чем влияние белого шума. Для предложенной структуры оценены погрешность, вызванная расстройкой полосового фильтра балансного модулятора, погрешность, вызванная нелинейными искажениями напряжения питания параметрического вихретокового преобразователя, погрешность неидентичности обмоток параметрического вихретокового преобразователя, погрешность, обусловленная нелинейностью вихретокового метода, погрешность, обусловленная остаточным напряжением электронных ключей. Установлен характер погрешностей, рассмотрены способы их уменьшения, проанализированы способы реализации функционального преобразования для компенсации нелинейности метода. Также проанализированы способы повышения быстродействия предложенной структуры. Приведены результаты компьютерного моделирования и экспериментальных исследований предложенной структуры. Описана реализация её основных узлов. Дисертацію присвячено дослідженню методів та засобів покращення параметрів структури низькочастотного каналу вихрострумового товщиноміра сталевих листових конструкцій. Проаналізовано сигнали параметричного вихрострумового перетворювача при взаємодії з феромагнітним провідним об’єктом вимірювання та їх подальше перетворення, а також методи зменшення впливу флікер-шуму в засобах вимірювання з періодичним порівнянням. На основі аналізу запропоновано структуру низькочастотного каналу товщиноміра, в якій вплив флікер-шуму зведений до рівня нижчого, ніж вплив білого шуму. Оцінено основні похибки вимірювання, що виникають в цій структурі. Запропоновано модель джерела флікер-шуму на основі джерела білого шуму, придатну для використання в системах комп’ютерного моделювання.