测厚技术

测厚技术（共7篇）

测厚技术 篇1

1 引言

检测钞票时, 利用测厚辊沿滑道上下移动, 通过两个测厚辊轴间隙的变化, 带动支架组成上轴上下移动, 促使轴上的磁钢的上磁场变动, 从而使传感器产生相应变化的电信号, 然后通过厚度电路传送到主板的微处理器上, 最后经过程序判定, 这样就能判别钞票是否粘贴。

2 纸币清分机钞票测厚的设计原理

2.1 机械结构的设计原理

检测厚度装置基本原理:通过两个测厚辊轴间隙的变化, 带动轴的上下移动, 促使轴上磁钢的磁场产生变动, 通过传感器产生相应变化的电信号, 从而判别钞票是否粘贴胶带、折角与连张。

机械结构由两个测厚辊轴, 2个支架组成 (左右各一个) 和传感器所组成。上测厚辊可以沿滑道上下运动, 从而改变两个测厚辊轴间隙。机械结构如图1所示:钞票经过测厚辊时, 在正常情况下, 支架上的轴压在上测厚辊轴上的轴承上, 两测厚辊轴间隙允许通过一张正常钞票。当正常钞票通过两测厚辊轴时, 两辊轴之间间隙变化很小;当不正常钞票通过时, 两测厚辊轴间隙变化较大, 上测厚辊轴沿滑道向上移动, 并且通过辊轴上的轴承带动支架组成 (图2) 上的轴向上移动, 这样安装在轴上的磁钢也随之向上移动改变了磁钢与传感器之间的距离, 改变了磁场强度, 然后通过传感器将磁信号转变成电信号, 通过分析电信号就可以检测出纸币是否厚度正常。

2.2 传感器与厚度电路的原理

传感器采用的是线性霍尔器件ES49E, 由于施加在器件敏感面的磁场强度其输出信号的电平发生变化, 而且是成比例地变化。当ES49E处于零磁场条件时, 其输出电压是电源电压的一半。S磁极出现在ES49E标记面时, 输出电压将随磁场强度减弱而线性降低;相反, N磁极将使输出电压随磁场强度减弱而线性升高。同时ES49E具有低噪声输出的特点, 不再需要采用外部滤波。它还包括薄膜式电阻, 能提高温度的稳定性和准确性。

厚度电路主要是由AD623AN组成的差动放大电路及LM393组成的比较器共同组成的。选用差动放大电路的原因是将两个输入直流信号进行相减, 得到差值后对差值进行放大, 当存在干扰信号的时候, 会对输入信号产生影响, 但反映到差值上则为0, 这就达到抑制干扰的作用, 提高电路的稳定性。

具体的电路图见图3所示。下面以左路厚度电路进行分析, 集成电路U15 (AD623AN) 的3脚接收到左路传感器变化电信号 (TSL) , 正常的钞票3脚的电压变化较小, 与2脚电压比较后基本维持在80m V左右, 然后在经过放大后集成电路U15的6脚输出电压保持在1.6V左右, 同时比较器LM393的5脚电压调整到0.8V左右, 所以无厚度的钞票的7脚输出电压 (TAL) 为低电平, 接近0V。当有粘接的钞票经过时, 3脚的电压会降低0.5V左右, 再与2脚电压比较后基本在30m V左右, 经过放大后集成电路U15的6脚的输出电压保持在0.6V左右, 比较器LM393的5脚电位调整到0.8V左右, 有厚度的钞票的7脚输出电位 (TAL) 为高电平, 接近电源电压。

比较器的输出信号直接送给主板, 主板上的单片机采集到信号后, 根据信号的差异可以分辨出钞票是否有粘接, 这样就实现了厚度的检测。同时由于钞票的票面不同, 各种钞票的金属线的位置、版本的不同等原因, 钞票的厚度也不同。为了更好地处理每种钞票, 在程序中对每一种的钞票单独进行初始化的设置, 通过这种处理方式就可以达到满意的效果。

3 结论

实践证明, 我们所采用的这项技术是比较先进的, 在检测钞票粘贴方面基本上没出现漏挑的问题, 受到了客户的广泛称赞。

参考文献

[1]张春倩, 耿红艳, 等.基于霍尔和光电传感器特性新型转速测量装置的设计与开发[J].数字技术与应用, 2009 (10) :64-65.

测厚技术 篇2

随着新型能源产业的快速发展,锂电池涂布机膜厚的测量技术越发得到重视。传统离线、静态和接触式测量技术满足不了现代加工中动态测量的要求,不能及时控制生产过程,严重制约产品精度和生产效率。因此在线非接触式测量显得尤其重要。三角激光位移测量法由于其体积小、易集成,测量精度高,对安装环境要求低,不需要安全保护措施,目前已成为离线静态测量的主流。

在锂电池膜厚在线检测装置中,主要存在静态误差和运动机构产生的动态误差。来自于系统和外界温度的静态误差可以通过系统标定消除。传统的动态误差处理方法多侧重于时域和频域的处理方法,这些方法虽然响应时间较快但滤波效果一般,利用多尺度小波去噪则可以满足实际生产的需要。传统的多尺度小波去噪,只适用于较长或连续的薄膜的涂层,但对于较短薄膜测厚效果严重失真。

综上,通过构建动态扫描系统,控制C型移动机构运动,使激光传感器完成对锂电池涂层的动态扫描。其中,激光传感器采用三角位移法实现锂电池膜厚在线测量,并采用改进的多尺度小波算法实现动态去噪。

1 三角激光位移法

图1为激光传感器测厚示意图[1]。基于激光三角位移法的测厚原理如图2所示[2,3]。涂层厚度测量公式W=D-D1-D2。其中,上下两激光头之间的固定距离为D,上激光头与膜上表面的距离为D1,下激光头与膜下表面的距离为D2,涂层厚度测量值为W。

2 静态误差的抑制

C型移动机构在不同扫描速度下,机构的振动频率一致且频率主要集中在130 Hz以下。因为较高频率的振动激励被C型机构衰减到较小值,而较低频率的振动激励因为与C型机构固有频率相近而放大。因此对检测精度影响较大的为130 Hz以下的频率振动。

在锂电池膜厚在线检测装置中,影响检测精度的因素是多方面的、复杂的。其中由于检测装置内部因素及外界温度引起的误差称为静态误差,而由于导轨受力、摩擦以及外界振动干扰引起的误差称为动态误差。对静态误差可以采用标定的方法予以消除。C型机构静止,用1 110 μm厚度的标准量块确定上下传感器间距,然后对1 140 μm厚度标准量块进行测厚。图3为采样频率1 kHz,1 140 μm厚度的标准量块真实值与测量值的差值,该差值即是系统标定后的系统误差,均方差为0.344 μm。实验表明通过标定完全可以消除较大的系统误差,达到理想的目标误差范围。

3 动态误差的抑制

3.1 多尺度小波去噪

对于动态误差一方面可以通过检测装置的优化,尽可能抑制外界振动激励引起的振动,另一方面本文采用多尺度小波技术予以抑制。实测涂层厚度为典型的非平稳信号。本文采用多尺度小波[4]对测厚数据去噪。对于激光检测系统,检测信号中的动态误差主要含振动频率误差成分,对于振动误差表现为高频信号;而有效的膜厚表现为低频信号。在误差抑制时,强制消噪高频成分,令高频段的小波分解系数为零,以消除振动误差的影响。最后将有效频段中的信号进行重构,得到误差抑制处理后的被测膜厚分布信号。实验表明:选择7层小波分解尺度(小波分解频带如表1所示)以及基于db4小波基函数的检测重构误差最小,可有效区分误差和膜厚信号。

3.2 实验结果

当薄膜移动-C型机构静止时,工业实际生产的

双涂层膜厚分布数据以及1~7层小波去噪数据如图4所示。其中横坐标为采样点数,纵坐标为输出厚度,薄膜移动速度55 mm/s。

图中可以看出,涂层膜宽度较窄且和铝膜交替呈现。在第5~7层小波分解重构数据中已经很难分辨出涂层膜和铝膜。其中第7层数据的均值为155.4 μm,这是因为涂层膜和铝膜的周期出现呈低频噪声特性。因此分解层数越高,周期性越不明显,滤波结果越偏离真实值。而第3层小波重构数据,既能体现实际的周期性涂层膜和铝膜分布又可以得到相对平滑的有效膜厚。因此传统的多尺度小波去噪只适用于较长膜厚长度(一般大于900 mm)或连续涂层的薄膜测厚。综上,如图5所示,首先采用第3层小波处理经前端预处理的测量数据,经上下限阈值判断滤除铝膜厚度得到连续的涂层膜,最后经7层小波分解低频重构有效涂层膜厚数据。

设阈值上下限为170~200 μm,薄膜速度为55 mm/s。图6(a)~(d)分别为C型机构静止-薄膜移动以及C型机构移动-薄膜均移动时,C型机构三种扫描速度v1、v2、v3的原始数据、第3层小波处理数据、阈值输出和第7层小波处理后输出。

图7(a)~(d)为改变阈值上下限180~190、170~200、160~210、150~220、140~230、130~240、120~250 μm,C型机构静止-薄膜移动以及C型机构移动-薄膜都移动时,C型机构三种扫描速度的原始测量数据和不同阈值上下限的输出。

3.3 实验分析

阈值固定为170~200 μm时,当C型机构由静止到移动时,原始测量数据非平稳性增加;当移动速度增大时,输出数据非平稳性增加且数据长度逐渐减少,但不同速度下的输出数据均在所涂膜厚范围(180~190 μm)之内。

阈值变化时,当C型机构静止,阈值范围由180~190 μm增大到140~230 μm时,输出数据均在实际膜厚范围之内;阈值范围由130~240 μm增大到120~250 μm时,部分输出数据在实际膜厚范围之外。如C型机构以速度v2移动时,有效数据的阈值范围从180~190 μm增大到150~220 μm;超过140~230 μm时,随阈值范围的增加,膜厚范围之外的数据逐渐增加。

综上,当C型机构静止时,由于只存在移动薄膜的动态振动,原始测量数据相对稳定,阈值范围可

达到140~230 μm, 即90 μm。当C型机构扫描速度由v1增大到v3时,C型机构和薄膜所引起的叠加动态振动逐渐增强,原始测量数据的非平稳性增加,阈值最大范围为160~210 μm,即50 μm。实际生产过程中,阈值取160~210 μm即可满足生产需求。

4 结 论

采用激光三角位移法实现传感器对锂电池在线涂层厚度的测量。针对激光测厚所产生的静态和动态误差,静态误差通过系统标定滤除,动态误差采用三层小波-阈值(160~210 μm)-七层小波算法实现高频去噪,保留低频有效膜厚。实验结果表明:该技术相比于单一的多尺度小波去噪,更适合于非连续性的涂层膜厚测量。

摘要：采用激光三角位移法实现传感器对锂电池在线涂层厚度的测量。针对激光测厚所产生的静态和动态误差,静态误差通过系统标定滤除,动态误差采用阈值判断和多尺度小波算法实现高频去噪,保留低频有效膜厚。实验结果表明:该技术相比于单一的多尺度小波去噪,更适合于非连续性的涂层膜厚测量。

关键词：激光,阈值,多尺度小波,膜厚

参考文献

[1]钟丽云,杨齐民.光学三角法实时测量金属板厚[J].激光技术,1998(3):136-139.

[2]徐安成,王成,简强.薄膜对激光测距中棱镜器件选择的影响[J].光学与光电技术,2005,3(3),44-46.

[3]田文彤,杨辉,刘遗城.精密形丝的锻模孔型设计[J].锻压技术,2007,32(4),62-64.

测厚技术 篇3

金属板带厚度是板带加工尺寸质量和用户需求的重要指标之一,也是工业生产中质量管理的主要指标之一。厚度自动控制是现代金属轧制生产中不可缺少的重要组成部分,具有精确厚度的产品不仅在激烈的市场竞争中处于有利地位,而且能够带来高附加值的经济效益。

获得精确厚度产品的前提是必须能进行厚度的精确检测。由于非接触法厚度测量具备不会划伤产品等一系列优点,特别是其测厚方法可用于恶劣的工业生产过程环境、高速轧制并具有高精

确度,因而被广泛应用。其中X射线测厚方法与使用同位素的射线测厚方法相比,更具有高精度(如德国IMS公司的X射线测厚仪测量精度能达到1‰)、可以通过单独设定高压对辐射进行最优调整、停止高压给定后放射立即停止而没有任何残余辐射等优点,加之近年来X射线测厚技术的发展克服了过去的许多缺点而被广泛应用于钢铁和包括铜、铝等有色金属的板带厚度测量与控制中。本文将对其中的几个重要问题进行阐述。

1 X射线测厚原理与影响因素分析

穿透式X 射线测厚仪测厚原理如图1所示。

I—测得的透过被测物的X射线强度;I0—初始发射X射线强度

基于当X 射线穿过物体时射线强度将被削弱的事实,可根据探头测量出的X射线的强弱,得到被测物体的厚度,其关系如下:

式中,I0与X射线管的高电压成函数关系;μm为被测物质的质量吸收系数,取决于材质,并与X射线管上的高电压成函数关系;ρ为被测物质的密度;d为被测物体的厚度;μ为被测物质的吸收系数。

对式(1)进行整理可得:

由式(2)可见,虽然被测物体的厚度与X射线强度关系似乎很简单,但测得的X射线强度与如下很多因素有关。

(1)不同厚度的被测物体要有一个最合适的入射前X射线强度I0。如果X射线强度过低,检测到的穿过被测物体后的X射线强度太小,信号不明显;而强度过大,当带材厚度发生变化时,检测到的信号变化不明显,也影响测量精度。当被测物的厚度d有Δd的变化时,由式(1)可换算得到式(),以求出ΔI。

由式(3)可见,当μmρd=1时,ΔI达到最大值,即得到最佳的检测灵敏度,X射线测厚仪的射线能量可以随着X射线管的电压而变化,故测定范围内的所有厚度值都能选择到最大灵敏度(μmρd≈1)。

(2)射线测厚仪还具有统计误差。这是由于放射源放出粒子的统计涨落而引起的。通常需要增大射线强度以达到减小统计误差的目的,但增大放射线强度会带来安全屏蔽困难等问题。统计涨落引起的误差可表示为:

式中,τ为测量系统和电路的时间常数。由式(4)可知,当选择μmρd =2时, 统计误差Δd/d 具有最小值,但考虑到式(3)所述最佳检测灵敏度的条件后,一般选1<μmρd<2。由于X射线测厚仪的射线束集中和较小,统计误差不大,其影响往往归结为系统的噪音,并在仪表允许误差范围内,故一般选取μmρd ≈l。在实际X射线测厚仪中,通过不同的测量量程,同时相应改变X射线管电压达到上述目的。

(3)由式(1)可知,被测物体的厚度与X射线强度I0有关。在X射线管中,灼热阴极放出的电子,在阳极电场加速下冲向阳极靶并辐射出光量子而发出X射线,可用式(5)表示:

I0=kTzTV2i (5)

式中,kT 为比例常数;zT 为阳极材质的原子序数;V为X射线管阳极电压;i为X射线管电流。由式(5)可知,必须良好地稳定管电压和电流,才能减少X射线测厚仪的漂移和噪音。

(4)由式(1)可知,测得的X射线强度I与吸收系数μm有关,原子序数不同的物质,吸收系数也不同。物质对X射线的质量吸收系数如式(6)所示。

μm=cλ3z3 (6)

也可写成

μm=c·(k/V3)·z3 (7)

式中,c=7.82×10-3;λ为X射线波长;z为被测物的原子序数;k为常数。即μm反比于管电压V的3次方,正比于被测物的原子序数3次方。这应在补偿时考虑。

(5)在轧制过程中,被测钢板表面会附着水、油层或氧化皮,而影响厚度测定值,其误差等于此两种物质的密度与质量吸收系数的积之比。如X射线能量为50kV,此时铁的μm值为1.7cm2/g,水的μm值为0.23cm2/g,则0.23×1/(1.7×7.8)=0.0173mm,即因有1mm厚的水层影响,测量结果为17.3μm。由于X射线测厚仪一般采用按最佳能量设定电压,即在测定不同厚度板材时,X射线能量是不同的,故不同板厚时,因水层引起的误差也不一样,如图2所示。

(6)在轧制过程中,被测物材质对测量结果的影响。X射线测厚仪厚度的刻度值通常是用既定材质的标准板(例如纯铁、不锈钢或合金)标定的,当用来测定不同材质的板时,由于不同材质X射线吸收系数的差异,故必须对测定值进行修正,如被测物是合金,则测定值的修正系数F如式(8)所示。

F=μ0/ρ平均·∑ (μi /ρ)·ai (8)

式中,μ0为标定用标准板的线吸收系数;ρ平均为合金的平均密度;μi/ρ为合金元素的质量吸收系数;ai为合金元素含有重量。

(7)在轧制过程中,被测物上下跳动和倾斜对测定值的影响。根据国外的研究,当被测板偏离通过线位置时,厚度测定结果会产生负偏差;当被测板倾斜时,使得沿测量线束方向板的几何厚度增大,同时X射线散射情况也发生改变,其结果是厚度测定产生正偏差。这两种情况对测定值的影响见图3和图4。

当测厚仪校准位置与轧制线高度和角度不一致时,厚度误差公式为:

d=d0bhcos θ (9)

式中,d0为测厚仪测量厚度;b为轧制线计算常数;h为轧制线高度偏差;θ为轧制线偏离角度。

由于X射线测厚仪的测定空间高度(由射线出射孔至检测器入射孔之间)很大,冷轧时约为300mm,热轧时为700~2100mm,因此若测定线束采用准直,则散射较小,被测物通过线束位置变化(包括跳动和倾斜)误差较小。

(8)在热轧过程中,测量时的带钢是热态,而实际需要的是冷态(常温20℃)值,因此必须把热态的厚度转化为冷态值,此外轧制时,温度也会变化,所以需要测量带钢温度并进行如下的温度补偿。

当钢板在不同温度时,单位面积原子数分别为N,N0,则

N=N0(1-αΔT)2 (10)

式中,α为线性膨胀系数;ΔT为钢板的温度差。

式(10)中,α2ΔT2项可以忽略,则原子数比为:

N/N0=1-2αΔT (11)

即在高温时,必须对“-2αΔT”进行补正,在热轧钢带过程中,当钢板温度为700℃时,大致需补正2.1%。轧钢时,板材温度随钢种和轧制条件变化,如终轧温度变化±50℃时,厚度测量误差约0.1%~0.15%。

(9)X射线途径线路上的环境温度影响。X射线从发射装置到接收装置的途径中受到周围环境温度、湿度的影响,特别是热轧,由于测量空间大而影响较大。当环境温度上升时,测量值减小;当环境温度下降时,测量值增加。对空气而言,每升高10℃,空气的面积重量将减少4.7g/m2;而对测金属板而言,影响可用下式表示:

Dsdk=Dsd×(Tb-Tk)/ρ

式中,Dsdk为X射线从发射装置到接收装置的距离之间空气厚度的变化转换为待测金属的厚度变化;Dsd为X射线从发射装置到接收装置的距离;Tb为X射线从发射装置到接收装置途径中(即测量空间)的设定空气温度;Tk为X射线从发射装置到接收装置途径中的实际空气温度。

2 X射线测厚仪的技术进展

我国的现代X射线测厚仪大多是从国外引进,钢铁工业最早是在20世纪70年代武钢1700工程,其热连轧带钢使用的是2台日本东芝公司产品TOSGAGE-306型产品,一台测量成品纵向误差,另一台是横向来回移动,测量钢带横向厚度差,都是20世纪60年代末70年代的产品,虽然它成功地用于全线自动化系统并起到保证产品质量的关键作用,但在过去还是由于产品价格高甚至在一些AGC系统中也没有采用。但到现在,由于科学技术的发展,采用电子计算机技术,特别是单点测量发展成多通道测量等,因此把X射线测厚仪推向了更高水平,得到了如下的技术进展,已成为工业控制与质量控制和在激烈市场竞争中必不可少的测量仪表。

(1)测定方式的进步。X射线测厚仪测定方式有单通道式(图1)和双通道式(图5是武钢1700热连轧70年代的双通道方式X射线测厚仪原理框图)两种。前者是对透过X射线的强度直接检测并将其作为厚度输出。后者是把X射线一分为二,一束作为检测用,射入到材料中,另一束作为参比用,透过伺服驱动的标准楔。把两束射线透过后的强度进行比较,求出厚度偏差。

X射线测厚仪最主要的误差是由X射线强度受X射线管阳极电压和电流不稳定而引起的,过去认为双通道测定方式可互为补偿以消除或减弱X射线不稳定和两路检测系统共同不稳定因素而引起的零点漂移以及仪表灵敏度的变化,因而精度较高。故70年代中期以前,普遍采用双通道测定方式,测厚仪检测范围为0.1~16mm,精度为满刻度的0.5%,时间常数为0.02s,漂移在8h内为0.2%。但由于双通道与单通道测定方式相比,其缺点为:由于需要维持测量与设定检测器的平衡而使射线强度减小、设定精度受标准楔加工精度和设定位置精度所限制、响应性能差(单通道的时间常数小于0.01s)、构造较复杂因而价格也较贵。现在由于电子技术和控制技术等的进步,单通道方式已克服了它本身的缺点,且没有双通道测定方式的缺点,如X射线管由交流供电改为直流供电,阳极电压和电流的稳定度能控制在10-4~105或更高,因而可以消除或减弱X射线的不稳定,有些公司的产品还采用了ACE 自动能量补偿技术,即自动提高X 射线的强度以消除因元件老化等原因造成的系统测量精度下降;采用标准板进行标定而比标准楔简单,使整个结构更简单,因而现在生产的X射线测厚仪已全部使用单通道测定方式。

(2)数字计算技术和微处理机的应用,使测量精度大大提高。正如上节分析那样,除X射线管电压、电流以外,影响测量精度因素很多,过去由于采用运算放大器、晶体管等组成的模拟式电路,因此很难把误差因素一一加以补偿,对更复杂的补偿公式更是无能为力,如日本东芝TOSGAGE-306型X射线测厚仪,仅仅在其偏差放大器设有材质补偿的电位器,可进行按标准板来手动调整以进行简单的补偿;而现代X射线测厚仪则可根据复杂公式运算进行更精确的补偿,例如,由于测量不同成分的物体,将导致穿过相同样板厚度的射线强度I与厚度d的关系变化,因此需要作合金补偿。计算合金样板实际厚度使用的公式为:

d=dA/A1/100) (12)

式中,dA为X射线测厚仪使用给定样板进行标定的X射线测厚仪测得的视在厚度;A1为合金补偿的百分数或吸收系数,A1可用机械方法或仪表实验测量合金样板得到。

当被测物含多种元素且材质密度与其他成分差别较大时,将对厚度影响较大,如轧制合金铝板时,需要考虑较复杂的合金补偿公式:

S=Σxy-Σx· Σy/nΣx2-Σx (13)

式中,S为合金补偿的斜率;x为n个标样在测厚仪下测量的厚度样本平均值;y为使用的n个标准厚度的样本平均值。

在合金板中,含多种合金,不同合金板成分也不同,为加快测量速度,避免在线计算占用时间,通常还把不同材质的成分进行预先计算,并把计算结果用曲线或表格形式存储于仪表的计算机合金补偿数据库中,应用时调出。对于热轧时被测物的温度补偿也采用同样方法,由高温计测量带钢温度(对于板型仪更是使用扫描式高温计测量带钢横截面的温度),然后根据温度补偿公式计算并做成温度补偿曲线或表格存于仪表的数据库中。

随着计算机的应用,还可通过CRT友好的人机联络画面进行操作和监控,而网络通信能良好地和AGC系统以及其它计算机相连,可进行自诊断及故障报警,甚至监视元部件老化状态而方便维护。总之计算机的应用将大大提高仪表的可用性、可靠性和可维护性。

(3)元件技术进步与功能多样性(一台仪表可同时测量厚度、凸度、板形甚至宽度和温度)。X射线测厚仪的核心是X射线发生器与检测器,其中X射线管采用金属陶瓷管可改善靶的结构及其散热功能,采用提高真空度等技术可提高效率与连续工作的寿命;X射线检测器主要有电离室并采用闪烁晶体-光电倍增管方式。目前闪烁晶体-光电倍增管已改用CCD器件成为闪烁晶体探测器阵列,从而大大增加了可测量横断面各点的厚度,它最先用于美国DMC公司和法国ISRID Sollac钢厂共同开发出的瞬态板形测量系统(MIP)。这一系统可以同时测出板带中心的厚度和两个边缘厚度以及板形, 而且不需要移动测厚仪。在这种MIP测厚系统安装有2套60mm长的CCD矩阵式探头, 每套探头有384个测量单元, 闪烁晶体与硅平面光敏二级管直接光电耦合,结构紧凑耐用,传输效率高,分辨率达到1.3mm。我国上海梅山冶金公司热轧厂2002年从美国Thermo Radiometrie公司引进的RM312 X射线瞬时横断面测厚仪(简称RM312凸度仪)也是采用这类元件,其镉钨闪烁晶体探测器阵列由12个探测器模块紧密排列形成,每个探测器模块包含32个探测器元件,每个探测器元件的宽度为6mm。电离室也有很大的进步,采用充高压氙气(Xe)或其他气体、高压直流供电等,以改善响应时间与灵敏度,同时使用2个X射线源以及多个电离室组成多通道测量系统,以测量中心的厚度和两个边缘厚度以及板形,同时还采用C形架,以频率1~1.2Hz、振幅12mm振动,以使电离室扩大横向厚度距离。

RM312凸度仪还设有独特的立体测量技术,使其能够补偿带钢横向倾斜角度对厚度测量的影响,并具有横断面厚度瞬时精确测量和宽度测量等多种测量功能。它使用2个发出扇形X光(覆盖带钢宽度)的X射线源、高速旋转的旋转快门、2套内部标准板库以及探测器阵列,从两个角度对带钢进行快速交替测量,实现对带钢的立体测量。X射线测厚仪表还装有温度计,用于测量被测物温度,并可以作为测厚的温度补偿。

摘要：主要叙述X射线测厚仪的工作原理,分析射线强度、统计误差以及被测物的材质、温度、表面附着水层、倾斜角度等对测厚精度的影响及其克服方法。叙述包括X射线管、检测元件、控制电路、测量方式以及计算机应用等的进展。最后介绍X射线测厚仪的组成、主要性能的实例和在国内的使用情况,说明建立X射线测厚仪产业的必要性并给出建立方法的建议。

测厚技术 篇4

超声波测厚仪是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的, 当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时, 脉冲被反射回探头通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此原理测量。由于超声波性能高, 成本低的处理技术, 使用它可以测量不同厚度和不同声速的材料, 频繁运用于各种生产设备、管道检测、容器检测和板材零件加工检测。对防腐监测起了重大作用。

影响超声波测厚仪示值的主要情况如下:

(1) 被检物体表面情况。当表面过于粗糙时, 测厚仪探头与表面耦合接触效果差, 无法有效接触反射回波信号, 检测数据偏差较大;

(2) 对曲率半径过小的工件 (例如小径管) , 由于测厚仪探头与接触面无法面接触, 会造成反射回波信号差, 检测结果偏差大;

(3) 被检工件表面与底面有一定角度时, 反射回波会发生散射现象, 探头接受信号弱, 会影响检测结果;

(4) 被检工件内部结构不均匀 (例如铸件、奥氏体钢) 时, 反射回波会发生散射衰减, 探头接受信号被减弱, 造成数据不显示情况;

(5) 探头接触面有一定磨损。常用测厚探头表面为丙烯树脂, 长期使用会使其表面粗糙度增加, 导致灵敏度下降, 从而造成显示不准确。

(6) 被测工件底面有较严重的腐蚀凹坑, 造成声波衰减, 检测数据变化大, 无法判断真实情况。

(7) 当被检工件表面有厚涂层、内部有夹层或者夹渣或者工件由不同材料叠加组成时, 声波当接触到第一个反射面时就会认为是工件底面, 并反射回波显示, 造成显示数据不真实。

(8) 温度的影响。一般固体材料中的声速随其温度升高而降低, 有试验数据表明, 热态材料每增加100°C, 声速下降1%。 对于高温在役设备常常碰到这种情况。应选用高温专用探头 (300~600°C) , 切勿使用普通探头。

(9) 耦合剂和检测手法的影响。耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气, 使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。当耦合剂的薄厚、粘稠等都会对最终检测数据造成一定影响。在对表面光滑工件进行检测时, 适合使用粘度较低的耦合剂;当工件表面粗糙时, 适合使用粘度高的耦合剂进行耦合。

(10) 声速的选择。在测量被检工件前要确定其材质, 不同材质声速不同, 如果用同一材质对测厚仪校正后, 对不同材质工件进行检测, 会发现检测结果不真实, 造成误差。

影响测量示值的因素有很多, 我们从测厚仪探头磨损影响的角度, 对测厚值进行对比, 确保在现场检测得出更为真实的数据。

2超声波测厚仪探头磨损的判断

超声波测厚仪使用时间长了, 需要检查探头是否磨损。如果探头磨损, 将会影响测厚数值的准确性。一般情况下, 测厚仪的测厚数值误差允许值为~0.1mm至+0.1mm范围。如果磨损的探头, 测厚数值误差超过了上述值, 就应该及时更换测厚仪探头, 避免发生重大失误。

从测厚仪正面观察, 新探头颜色鲜艳, 探头表面平整光滑, 而旧探头表面已经磨损。从测厚仪探头侧面观察, 新探头表面平整, 而旧探头已经出现凹坑。在观察时, 可以拿一把直尺, 靠近探头表面观察, 看是否透亮。

3测厚仪探头磨损对测量值的影响

探头接触面在检测中会有一定磨损。常用测厚探头表面为丙烯树脂, 长期使用很容易会使其表面粗糙度增加。从现场检测中发现, 磨损的探头在平板试块上, 测厚值与新探头没有区别。但是在曲面上测厚时, 会马上出现差别。例如管子和容器的曲面。

做实验, 将同一台超声波测厚仪分别使用有磨损的探头和新探头测厚, 在平面试块上的测厚值没有影响。但对小管径曲面测厚时, 影响比较大, 会出现测厚值的差异 (测量值分别为3.5mm和3.9mm) , 已经超出测厚数值误差允许值。

对有磨损的探头选用500#砂纸打磨, 使其平滑并保证平行度后, 进行超声波测厚, 可将原来测厚得出的测厚值3.5mm修正为3.8mm, 误差在允许范围, 可以继续使用。

4测厚仪磨损探头测厚值的修正

从以上对比试验数据得出, 使用超声波测厚仪测厚, 当测厚仪探头有磨损时和新探头测量曲面值偏差0.4mm, 在使用500#砂纸打磨使其平滑并保证平行度后, 进行测厚与新探头测量曲面值偏差0.1mm, 提高了探头测厚值得准确性。一般情况下, 测厚仪的测厚数值误差允许值为~0.1mm至+0.1mm范围。 如果磨损的探头, 测厚数值误差超过了上述值, 就应该及时更换测厚仪探头, 避免发生重大失误。

超声测厚的计算机模拟研究 篇5

超声测厚是检测和评价板材、管材、容器等的制造质量、使用性能、安全状况的主要方法之一。测厚所得数据不仅可以对生产质量进行监控、调整,以减少产品的报废率,而且还可判断各种在役设备的壁厚是否被腐蚀、磨损等,以提前发现安全隐患。

超声测厚是利用探头发射的超声波脉冲在材料中传播时遇到异质界面产生反射的原理进行的。实际操作中由于探头与被测工件耦合不好,材料本身的性能及人为因素等的影响,而使测量结果不准确,影响了应用,也对实验研究产生了影响。随着计算机技术发展起来计算机模拟对工业技术和科学研究起到了有力的推动作用,在超声检测中应用计算机模拟也成为一个比较活跃的分支。本文应用有限元方法编写程序,对超声测厚进行了模拟计算,得到了比较好的结果。

1基本理论

本文应用有限元为数值模拟方法,以各向同性弹性固体介质为研究对象,其运动矢量方程为[1,2]

式(1)中λ和μ为拉梅常数,ρ为介质密度,u为位移矢量。

按有限元计算步骤,首先选取合适网格对计算区域离散化,并在单元内选择合适的插值函数N,可以得:

其中a(e)(t)、a﹒(e)(t)、a¨(e)(t)分别为与时间有关的单元结点位移向量、速度向量和加速度向量;应用拉格朗日方程:

式(5)中拉格朗日函数L=T-πp,T为动能,πp为势能。有限元中每个单元的动能、势能可以表示为:

其中ε=LNa(e)(t),σ=Dε,D为弹性矩阵,它取决于弹性材料的杨氏模量E和泊松比μ。所以有单元方程可以得到整体动能和势能表达式:

把式(8)和式(9)代入式(5)可得动力学有限元运动方程:

式(10)中为整体质量矩阵为整体刚度矩阵;P(t)为整体结点载荷向量。式(10)就是本文所依据的基本运动方程。

2模型的建立

本文应用有限元方法中的四边形剖分单元建立一个长30mm、厚10mm模型如图1所示。区域的上表面和下表面采用自由边界,两侧面为了模拟无限大区域均采用吸收边界,此处的吸收边界采用组合边界条件[3];本文模拟计算的材料为在45号钢。

如图1所示, 为了模拟直径为10 mm,频率为5 MHz的超声探头进行测厚,我们在上表面中10 mm区域内施加y方向应力模拟平面纵波声场,为了和实际超声探头产生的声场一致,此处的应力按高斯分布加载[4];超声纵波从上表面激发向下传播,遇到底面后返回上表面,由超声探头接收后来计算钢材的厚度。

3模拟结果

声波在钢中传播时遇到底面就会反射回上表面,为了清楚地显示超声波在钢中的传播情况,我们对不同时刻的全波场y方向位移进行波场快照如图2所示。

根据波场快照图可以看出超声波在钢中的传播情况。在0.57 μs图上可以清晰的看出发射的超声纵波向下传播;在2.01 μs时传播到底面并被底面反射;2.79 μs可以明显的看出经底面反射回去的超声波的传播;4.71 μs是底面反射波传播到上表面后又被上表面反射回去的波;6.36 μs是底面第二次反射的波;7.89 μs是上表面第二次反射回去的波;从6.36 μs和7.89 μs波场快照图还可以看出除了上表面和底面反射的波外还有一些其它各种形式的波的传播,这是由于反射过程中波形转换的产生的各种波,这些波在实际中也是存在的。

现在钢材的测厚一般是采用脉冲反射法,即通过相邻两次底面回波到达时间来计算厚度,所以本文在上表面超声波激励源处模拟接收探头对y方向位移进行A扫描接收,得到脉冲反射的A扫描曲线如下图所示。

为了计算厚度,我们把上图中的第二次底面回波中第一个峰值到达时间t2=7.211 7 μs和第一次底面回波中第一个峰值到达时间t1=3.795 8 μs相减后除以二再乘以超声波纵波在45号钢的声速5 900 m/s,得到厚度为d=10.077 6 mm,这与实际的模拟厚度10 mm的误差仅为0.776%,由此可知本文的计算模拟效果很好。

当模拟区域的底面有凹陷性缺陷时,对声波传播影响会很大,通过超声测厚测出来的厚度变化很大,通过厚度的变化就可以对材料进行检测。我们模拟计算在底面中心处有一个长5 mm深1 mm的凹槽,由下面的A扫描曲线图上的第一次和第二次底面回波t3、t4可以计算出的厚度为的d1=8.993 4 mm,与10 mm相差10.07%,变化很明显,这样就可以知道材料底面的情况了。

当材料内部有缺陷时也会从测厚数值上体现出来。所以应用超声测厚不仅能测得各种材料的厚度,还能检测压力容器、管道等内壁的腐蚀以及材料内部的缺陷等。它在保证安全生产,节约原材料,提高产品质量上等方面上发挥着很大的作用[5]。

4结语

本文运用MATLAB语言建立了一个二维有限元计算机模型,对超声波测厚进行了模拟计算。由波场快照清晰地显示了超声波在45号钢中的传播;通过无缺陷A扫描曲线两次底面回波计算出的模拟厚度和实际相符,而且通过底面有凹槽时得到的厚度数值能体现出底面有缺陷的事实。本文模拟结果可靠,说明了运用有限元方法进行超声检测研究是可行的。

摘要：从比较成熟的有限元基本理论出发,建立具有吸收边界45号钢的二维有限元计算机模型。由波场快照图清晰地显示了声波传播的情况,通过A-扫描曲线上底面回波到达时间计算出的区域厚度和实际相符,从而验证了模拟结果的正确性。应用有限元模拟方法所得结果对实际应用有一定的参考意义。

关键词：测厚,计算机模拟,有限元方法

参考文献

[1]Rose J L.Ultrasonic wave in solid media.Cambridge:Cambridge U-niversity Press,1999:62—128

[2]署恒木,仝兴华.工程有限单元法.东营:石油大学出版社,2003

[3]李书光,孙继华,李树榜,等.孔洞对透射波频谱影响的有限元数值模拟.无损检测,2009;31(1):72—75

[4]杜功焕,朱哲民,龚秀芬.声学基础.南京:南京大学出版社,2004;543—549

影响超声测厚准确性的因素 篇6

1、超声测厚原理及影响因素分析

超声测厚仪分为共振式、脉冲反射式和兰姆波式, 一般常用的是脉冲反射式。脉冲反射式测厚仪是利用探头晶片发出的超声波脉冲在工件中传播时遇到异种介质界面就会产生反射这一原理进行的。其工作原理是发射电路发出脉冲很窄的周期性电脉冲, 通过电缆加到探头上, 激励探头中压电晶片产生超声波。该超声波在工件上下底面产生多次反射, 反射波被探头接收, 转变为电信号经放大器放大后输入计算电路, 由计算电路测出超声波在工件上下底面往返一次传播的时间, 最后再换算成工件厚度显示出来。计算公式为 (式中c-工件中的波速;t-超声波在工件中往返一次传播时间) 。

测量中, 经常采用机械或化学方法清除被测物表面的氧化皮, 并在探头与工件之间加入有利于超声传播的耦合剂 (常用耦合剂有甘油、机油、水玻璃) 。根据超声测厚的原理可以推断出影响测厚精度的因素至少应包括被测物体内外部的质量状态、仪器性能、耦合剂性质以及操作过程中的人为因素等几个方面。

1.1 被测物体表面质量对测厚精度的影响

用超声波测厚仪在常温下对表面洁净的碳钢板和18-8不锈钢管进行测厚, 再对同一材质表面有氧化层和污垢层的试板进行测定, 其测量结果见表1。

表1外部质量状态改变前后所测数据对比对测量结果进行对比分析可以得出以下结论:

1.1.1 探头接触处背面的氧化层和油垢层对壁厚实测值无明显影响;

1.1.2 探头接触处表面的氧化层和油垢层对壁厚实测值有增加读数的影响。

1.2 被测物体内部质量对测厚精度的影响

在现场, 曾对公称尺寸为φ68mm×l5mm的2N压缩机水冷管U型弯头圆弧部位进行过测量, 多次实测的壁厚均为5.6mm, 并认为是流体冲刷减薄。但拆下后, 用尺测壁厚达12.4mm。后用国产和进口测厚仪测量仍然是5.6mm。后改用超声波探伤仪进行测厚, 发现在壁厚为4.8~7.2mm处有缺陷反射, 底波降低了一半, 由此可判断测厚仪所测出的数值为缺陷所在深度, 并不是真实的厚度。

通过大量试验, 还证实了其他物体内部质量缺陷同样对测厚结果有直接影响。其内容包括:材料晶粒各向异性、材料的合金成分、材料的金相组织分布及材料中的夹杂物等。由此可得出以下结论:被测物体的内部质量缺陷对超声测厚结果有直接影响。

1.3 仪器性能对测厚结果的影响

试验表明, 一般测厚仪测量带涂层物体的厚度值时, 测出厚度与被测点的实际厚度值差别较大。使用数字式超声波探伤仪并采用回波一回波法测量同样物体得出的厚度值与实际壁厚基本一致。也就是说, 对于表面难于净化的物体厚度测量, 用数字式超声波探伤仪的测厚结果比用普通超声测厚仪所得测厚结果更精确。

1.4 耦合剂对测厚结果的影响

实践发现, 测厚过程中所用耦合剂的耦合效果对测厚结果影响很大, 尤其是高温测厚。不同耦合效果的测厚误差高达20%, 且多数测厚数据大于实际值, 这对判断设备的安全性具有明显的不安全因素。所以, 在不同测厚条件下, 恰当地选用耦合剂和耦合操作技巧非常重要。

1.5 操作因素对测厚结果的影响

在高温测厚试验中, 相同条件下测量的10mm碳钢板, 不同操作者测出的厚度误差高达2mm。对同一管道同一部位进行测厚时, 探头所放的位置不同, 能造成厚度误差达1mm。

2、保证测厚精度的若干措施

2.1 测厚仪器及其配套件的选择

2.1.1 对于表面容易净化的物体测厚, 选用数字式超声波测厚仪, 精度范围应达到H±0.1mm (H—壁厚mm) ;

对于表面不易净化的物体测厚, 宜选用数字式超声波探伤仪。

2.1.2 采用直探头直接接触法, 高温下 (大于100℃) 的测量应采用适当的高温探头。

2.1.3 对圆管进行测厚时, 应尽可能的选取直径较小的探头。

2.2 耦合剂的选择

应根据使用情况选择合适的种类, 当使用在光滑材料表面时, 可以使用低粘度的耦合剂;当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时, 应使用粘度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。其次, 耦合剂应适量使用, 涂抹均匀, 一般应将耦合剂涂在被测材料的表面, 但当测量温度较高时, 耦合剂应涂在探头上。

2.3 管道测厚固定架的应用

测厚时, 要求工件表面光洁平整, 达不到要求时, 要进行打磨处理。测量时, 探头放置要平稳, 压力适当。对管径较小的管道, 测厚时, 应保证探头平面与管壁垂直, 减小误差, 并在每个测试位置上互相垂直的方向各测一次, 需要时可以使用特制的管道测厚固定架。对于管道中有沉积物, 当沉积物声阻抗与工件相差不大时, 要先用小锤敲击几下管壁再测, 防止误判。

2.4 异常测厚数据的处理

测厚技术 篇7

本文主要通过对宝日1 800 mm轧机测厚仪使用过程中遇到的通信故障进行研究,提出在设计和维护使用过程中必须注意和采取的切实可行的对策措施。该故障属典型的幽灵故障,影响因素多、持续时间长,希望通过对整个故障的回顾和分析,供致力于现场设备维护人员或工程技术人员探讨。

1测量原理

在带钢轧制过程中,测厚仪是重要的检测设备,测厚仪的测量精度直接影响板材的质量。冷轧带钢测厚仪采用X射线非接触式测量冷轧板材厚度,可实现连续在线测量方式,能较好地对板材厚度实现控制。X射线通过穿透物质并与其发生一定的作用,其中一部分X射线被物质吸收和散射,另一部分穿过物质,由探测头测量出X射线的强度,系统工作时轧制带材通过射线照射,测量头接收后,转化为电压信号,此电压值与全量程标定模块中所储存的基准数据相比较,通过程序中预先设定的计算公式计算后得到相应的厚度。

被测物体的厚度与测量头有下列关系式:

式中: I为穿过被测物后的辐射强度; I0为穿过被测物前的辐射强度; μm为质量吸收系数; ρ 为被测物密度; d为被测物厚度。

理论上如果I0一定时,I的变化量就可以反映被测物的厚度d。

2问题提出

宝日1 800 mm轧机于2005 年正式投入生产,2012 年1 月轧机年修期间进行了电气升级改造,对轧机2、3 机架大电动机功率进行了增加,此后,4 机架后测厚仪( 日本Toshiba公司7511型X射线测厚仪) 频繁出现厚度异常波动,具体现象为在正常生产过程中,4 机架后测厚仪出现瞬间- 200 μm波动( 最大偏差) ,导致AGC控制异常、轧机停机,且测厚仪上无任何报警信息,对测厚仪系统复位后可暂时恢复正常。该问题长时间困扰着现场,经过持续两年多的努力,终于找到故障的根本原因并得以解决。

3故障现象的捕捉

由于故障的发生概率是随机的,且故障发生后测厚仪无任何报警信息,因此,若不能掌握故障的现象,故障原因的判断过程中难度就会较大。为捕捉故障的现象,通过借助记录仪对测厚仪探头电压和厚度偏差电压进行示踪,通过示踪曲线检查发现,带钢轧制过程中,探头输出电压曲线和厚度偏差曲线有明显的毛刺现象,如图1所示。

通过HMI画面上A /D检测电流的监控,根据电离室电流信号波动幅度判断检测回路是否有问题。

4问题分析及改进要点

4 . 1信号电缆路由的影响

在工厂设计时,信号电缆路由没有避开强电设备,信号对外界的干扰非常敏感,因此电缆的敷设极易影响测量信号传输的质量。

1 800 mm轧机4 机架后测厚仪原测量信号电缆长度为120 m,途经大电动机等强电设备,测量信号容易受到干扰。通过修改电缆路径和新增电缆槽架,使测量信号电缆长度缩短为40 m,同时避开强电设备。改进后,故障次数从每周2次降低到每月2 ~ 3 次,但仍未彻底消除干扰引起的测量波动。

4 . 2接地系统的影响

接地系统不佳、测厚仪抗干扰能力差是引起频繁故障的直接原因。由于采用的日本东芝测厚仪对接地系统要求很高,且要求各接地要相对独立,因此,干净的接地系统可有效地解决信号干扰问题。

针对1 800 mm轧机4 架后测厚仪信号干扰问题,在系统接地方面做了大量的改进,取得了一定的进展,使信号干扰故障频度明显降低,但问题未能最终彻底解决。在此期间特地为测厚仪埋设了专用接地极,供测厚仪信号地接地( SG) ,信号干扰问题短时间得以解决。但未能经受雷雨季节考验,接地系统受雷击损坏,且测厚仪通信模块也因雷击损坏。后因周围也无法找到合适干净且不易受雷击的接地系统,因此只能换方向考虑,寻求除接地以外的其他办法解决。为了防止接地不当而引入干扰源,对接地系统进行了重新优化。改进前接地如图2 所示,将C型架内5 V电源的0 V、现场驱动箱内Unit A通信模块上24 V供电的0 V和主控柜内Unit B通信模块24 V供电的0 V连接后,接到电气柜内的信号地( SG) 接地母排上。改进后接地如图3所示,将Unit A通信模块24 V供电的GND点与Unit B通信模块24 V供电的GND点连接在一起,同时将信号地母排和框架地母排接地悬空。措施实施后,故障频度降低,但仍偶发,说明仍然有干扰源串入通信回路。

4 . 3通信模块设计的影响

通信模块是整个射线检测回路的关键部件。Unit A、Unit B通信模块,内部电路一致,其主要包括 ± 5 V电源模块、双通道接收器、通信接口模块等。

两路由PLC下发的线性差分( LINE-DRI) 信号经过通信模块Unit B内部2 片LT491 芯片转换成TTL电平,然后再由芯片SN75110A转换为RS485 差分( RS485 -DRI ) 信号后与现场Unit A通信模块内部的SN75207B进行通信,并由SN75207 B转换为TTL电平,LT491 芯片再将TTL电平转换为LINE-DRI信号后传输至C型架电离室。

一路由C型架电离室输出LINE-DRI信号经过Unit A通信模块内部LT491 芯片转换为TTL电平后,再由SN75110A转换为RS485-DRI信号传输至电气室Unit B通信模块内的SN75207B,并转化为TTL电平后与LT491 连接,最后转化为LINE-DRI信号传送给PLC。信号转换传输图如图3 所示。

通过对比SN75112 与SN75107A的典型电路连接方案如图4 所示,SN75112 芯片输出端增设了RC滤波功能,可有效阻止串入的干扰信号。研究发现该Unit A、Unit B模块上SN75110A芯片缺少了上拉电阻R3= 390 Ω,100 p F滤波电容和下拉电阻R5= 75 Ω。通过对Unit A、Unit B电路进行改进,使整个通信模块的抗干扰能力明显提升。

4 . 4RS232 接口通信距离的影响

X射线穿透带钢,经电离室转换成小的电流信号,这些小的电流信号传至前置放大器,在前置放大器中小的电流信号转换成一个20 b高分辨率的数字信号,数字信号立即存储到前置放大器的一个寄存器,之后转换成一系列数据通过Unit A和Unit B通信模块送至控制柜。而这些小的电流信号主要通过RS232 与RS485 之间的转换实现系统通信。

根据标准规定,RS232 采用负逻辑,并且传输距离短,一般用于15 m以内的通信。而对于大多数分布式控制系统,通信距离为几十米到几千米不等[1],因此,RS232 接口不能满足系统的要求,目前广泛采用的是RS485 收发器。RS485收发器采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力,加上收发器具有高的灵敏度,能检测低至200 m V的电压,故传输信号在千米以外得到恢复。

针对1 800 mm轧机4 机架后测厚仪,原设计将Unit A通信模块放置在现场驱动控制箱中,从图5 可以看出,Unit A主要作用是将A /D转换后的电离室信号由RS232 接口转换成RS485 接口进行远距离通信。电离室信号输出端至Unit A通信模块距离约为30 m,超过15 m,容易串入干扰。通过示波器监测电离室输出至C型架腔体接线端子,RS232波形为方波但带有毛刺,经约30 m的电缆后Unit A的输入端波形为非方波,如图6 所示。

根据相关标准,RS232 线缆长度不宜超过15m,因此将Unit A通信模块移入C型架腔体内,将接线端子的信号电缆直接接至Unit A的输入端,以此减少因线缆而串入干扰。Unit A通信模块移入C型架后借助示波器可以看出电离室的输出信号RS232 波形为方波,同时监测电气室控制柜内Unit B的输入端波形也为方波。由此来看,RS232 接口通信电缆的距离对波形的影响很明显。

通信模块设计优化、RS232 通信距离缩短两项措施配合实施后,干扰问题得到了有效抑制,4机架后测厚仪再未出现瞬间- 200 μm波动( 最大偏差) ,厚度曲线恢复正常。

5小结

通信信号干扰一直以来都被认为是不易解决的复杂性问题,因为引起信号干扰的因素很多,且通常不是单一因素,而是各因素之间交叉影响,交互作用,单独消除某一因素一般无法彻底解决,只会有所改善。一般从两方面考虑,一是消除干扰源,但实现起来比较难,主要是很难锁定干扰源; 二是从自身角度加强防护,避免受干扰。宝日1 800 mm轧机4 机架后测厚仪主要从后者考虑,通过改进信号电缆路由、接地系统优化、通信模块设计优化、RS232 通信距离缩短等4 项措施的实施,使通信干扰问题得以消除,彻底解决了轧机测厚仪厚度曲线异常的发生。

参考文献