Trennung der Einflußgrößen von Wirbelstromsensoren durch Signalverarbeitung mit Hilfe von Felduntersuchung und Modellierung: = Standard method to measure the sound exposure emissions and immissions from large weapons
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Düsseldorf
VDI-Verl.
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| adam_text | Titel: Trennung der Einflußgrößen von Wirbelstromsensoren durch Signalverarbeitung mit Hilfe von Feldunt
Autor: Wang, Yunqiang
Jahr: 1996
FORTSCHRITT- BERICHTE VW M. Sc. Yunqiang Wang, Kassel Trennung der Einflußgrößen von Wirbelstromsensoren durch Signalverarbeitung mit Hilfe von Felduntersuchung und Modellierung Reihe 8: Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 557 VW VERLAG
V Inhaltverzeichnis 1 Einleitung................................................. 1 2 Grundlagen des Wirbelstromsensors............................... 7 2.1 Ursachen und Wirkung .................................. 7 2.2 Skineffekt und Eindringtiefe............................... 8 2.3 Proximity-Effekt....................................... 9 2.4 Temperatureinfluß...................................... 9 3 Theoretische Untersuchung der Spulenimpedanz ...................... 11 3.1 Feld-und Diffusionsgleichungen............................ 11 3.2 Spulenimpedanz mit Einzel Windung.......................... 13 3.2.1 Berechnungsmodell,................................ 13 3.2.2 Feldproblem eines Kreisstroms........................ 14 3.2.3 Feldproblem eines Kreisstroms mit Dämpfungsobjekt ........22 3.2.4 Analytische Darstellung der Spulenimpedanz..............26 3.2.5 Diskussion der Ergebnisse ........................... 29 3.3 Spulenimpedanz mit mehreren Lagen und Windungen.............32 3.3.1 Eine Lage mit N Windungen ......................... 32 3.3.2 Mehrere Lagen mit je N Windungen.................... 33 3.4 Vergleich der theoretischen Berechnung mit Meßergebnissen........35 4 Finite-Elemente-Methode zur Untersuchung einer Wirbelstromspule mit Ferritkern ..................................................... 40 4.1 Berechnungsmodell ..................................... 40 4.2 Ergebnisse ........................................... 42 4.3 Vergleich der Berechnung mit Messungen ..................... 46 5 Modellierung eines Wirbelstromsensors mittels Ersatzschaltung............51 5.1 Physikalisches Modell ................................... 51 5.2 Parameterberechnung.................................... 53
5.3 Frequenzdifferenz Aco bei Doppelmessungen ................... 58 5.4 Beispiel ............................................. 61 5.5 Gültigkeit der Modellierung ............................... 68 5.6 Trennung des Temperaturgangs des Drahtwiderstands von den Meßgrößen .............................................. 69 5.7 Materialeinfluß........................................ 77 Trennung des Meßabstands vom Material des Meßobjekts ............... 81 6.1 Meßvorgang.......................................... 81 6.2 Kompensationsfahren zur Unterdrückung des Materialeinflusses...... 83 6.2.1 Kompensation mit zwei verschiedenen Materialien .......... 83 6.2.1.1 Kompensation der Materialabhängigkeit bei einem Abstand a 0 ....................... 85 6.2.1.2 Arbeitsbereich mit reduzierter Materialabhängigkeit ................................. 87 6.2.2 Weitere mögliche mathematische Kompensationsfunktionen .... 93 6.2.3 Kompensation mit anderen Meßgrößen .................. 95 6.2.4 Untersuchungen mit verschiedenen metallischen Materialien ... 98 6.2.4.1 Nichtferromagnetische Metalle..............98 6.2.4.2 Ferromagnetische Metalle ................ 102 6.2.4.3 Ferro- und nichtferromagnetische Metalle ..... 107 6.2.5 Empfindlichkeit ................................. 108 6.2.6 Realisierung bei einem induktiven Näherungsschalter ....... 109 6.2.6.1 Funktionsweise eines induktiven Näherungsschalters ............................ 110 6.2.6.2 Elektronische Schaltung und Ergebnisse ...... 111 6.2.6.3 Erhöhung der Empfindlichkeit ............. 118 6.3 Mathematisches Iterationsverfahren......................... 119 6.3.1 Prinzip........................................ 121 6.3.2 Speicherung der Meßkurven......................... 122 6.3.3 Ergebnisse und Fehleruntersuchung.................... 122 6.4 Technische Realisierung................................. 124
VII 6.4.1 Meßschaltung................................... 124 6.4.2 Unterdrückung des Temperaturgangs................... 127 6.5 Vergleich der komplexen Impedanzmessung mit der Gütemessung . . . 127 7 Trennung mehrerer physikalischer Parameter ....................... 129 7.1 Trennung des Meßabstands von einer weiteren geometrischen Größe . . 129 7.1.1 Meßaufbau..................................... 129 7.1.2 Unterdrückung des Durchmessereinflusses............... 130 7.1.3 Iterationsverfahren................................ 133 7.2 Trennung von vier physikalischen Parametern.................. 133 7.2.1 Prinzip........................................ 134 7.2.2 Schätzung der Permeabilität p r und Leitfähigkeit a einer Metallplatte ....................................... 140 7.2.3 Technische Realisierung............................ 140 8 Zusammenfassung und Ausblick ................................ 141 9 Anhang ................................................. 145 A.l Herleitung der elektrischen Parameter im Ersatzmodell ohne Meßobjekt ............................................. 145 A.2 Herleitung der elektrischen Parameter im Ersatzmodell mit Meßobjekt ............................................... 148 10 Literatur................................................. 152
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