專利名稱：電磁反射式測厚儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是以采用電磁方法為特征的線性尺寸測量技術領域。主要適用于金屬板帶材軋制過程中在線連續(xù)測量其板帶的厚度。
在金屬板帶材的軋制過程中，連續(xù)地、準確地測量被軋金屬板帶材的厚度，并及時反饋到軋機厚度控制系統(tǒng)，調整輥縫，軋出尺寸精度較高的板帶材，具有重要的經(jīng)濟意義。
在現(xiàn)有技術中，中國專利CN87105775.1提供了-激光測厚儀。該測厚儀采用兩個光路系統(tǒng)，將激光束垂直入射于被測物表面，為了適應對高速運動物體的測量，采用線陣電荷耦合器件(CCD)攝像系統(tǒng)作為光電轉換裝置，將其所得電信號，取包絡，經(jīng)放大，平滑處理。經(jīng)浮動切割后可得一定寬度脈沖信號，應用微機終端處理系統(tǒng)將該脈沖信號用一定頻率的脈沖信號填充計數(shù)，從而可得到對應的被測物體的厚度值。
該發(fā)明雖然克服了激光偏轉法結構復雜、可靠性差的特點，但仍存在如下不足之處①作為激光測厚本身對于被測金屬材質的吸收系數(shù)不同所引起的非線性誤差是不可克服的;②設備結構仍很復雜，成本高;③激光源的能量很大，對操作人員仍有一定危害性。
本發(fā)明的目的在于提供一種電磁反射式測厚儀，該測厚儀不僅能在金屬板帶的軋制過程中連續(xù)精確地線測定被軋物的厚度，而且結構簡單，成本低，無污染，對操作人員無損害。
本發(fā)明所采用的技術方案可結合其原理示意圖(附

圖1)加以說明。原理示意圖中，1為激發(fā)線圈，2為接收線圈，3為調制鎖相環(huán)，4頻率校正和窄帶電壓變換，5為阻抗變換器及精密檢波與倍壓，6為線性反饋補償及自動調整置零，7為高壓高精度穩(wěn)壓電源，8為冷卻調整控制單元，10為被測物。
其工作原理如下在激發(fā)線圈1內通以某頻率的交流電，激發(fā)出均勻平面波。其要求是場量除隨時間變化外，只與波傳導方向的坐標有關，電磁波沿直角坐標制的y軸傳播，場量是t和y的函數(shù)，即在y等于常數(shù)的平面各點的Ef＝Ef(y，t) Hf＝Hf(y，t)要求做到一維波動方程
所激發(fā)的均勻平面波，通過接收線圈2，接收到隨金屬板帶(被測物10)厚度不同而變化的場量Ej＝Ej(y，t)、Hj＝Hj(y，t)均勻場的微弱信號;經(jīng)過鎖相環(huán)3對上述微弱信號進行處理，得到等幅調制波;經(jīng)過二次處理的信號進入頻率校正和窄帶電壓變換4，獲得與被測物10的厚度成比例的音頻信號;該音頻信號經(jīng)過阻抗變換器及精密檢波與倍壓5，使其獲得輸出阻抗小于2Ω的高品質變換信號，為了在線檢測過程中得到可靠的被測物厚度信號，設置了線性反饋補償及自動調整置零電路6，它的輸出可接到數(shù)字顯示裝置和自動打印系統(tǒng)，便于操作人員及時掌握在線軋制的板帶厚度和隨產(chǎn)品帶有檢驗厚度的質量卡，便于質檢人員檢查。
本發(fā)明電磁反射式測厚儀可達到如下技術指標測量厚度范圍1～12mm，測量精度0.02mm+1%×測量值響應速度1米/1毫秒最高工作溫度750～950℃，冷態(tài)亦可。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1.在950℃高溫下，能夠在線連續(xù)的較準確的測定金屬板帶的厚度，且測量精度高。
2.結構簡單。
3.成本低。
4.無任何污染，對操作人員絕對安全。
現(xiàn)結合附圖對本發(fā)明作進一步說明附圖1為本發(fā)明電磁反射式測厚儀的電原理框圖。
附圖2為本發(fā)明信號源及發(fā)射與接收電線路圖。
附圖3為本發(fā)明調制鎖相環(huán)電線路圖。
附圖4為本發(fā)明頻率校正和窄帶電壓變換電線路圖。
附圖5為本發(fā)明阻抗變換器及精密檢波與倍壓電線路圖。
附圖6為本發(fā)明線性反饋補償及自動調整置零電線路圖。
附圖7為本發(fā)明高壓高精度穩(wěn)壓電源的電線路圖。
由圖1看出，本發(fā)明電磁反射式測厚儀由發(fā)射線圈1、接收線圈2、調制鎖相環(huán)3、頻率校正和窄帶電壓變換4、阻抗變換器及精密檢波與倍壓5、線性反饋補償及自動調整置零6、高壓高精度穩(wěn)壓電源7、冷卻調整控制單元8以及信號源組成。
從附圖2～附圖7可知，信號源及發(fā)射與接收電線路(包括發(fā)射線圈及接收線圈)由R1～R15、C1～C11、T1～T5、L1～L2以及W3、W11、W12組成;調制鎖相環(huán)電線路由R29～R33、IC2、IC3、IC13、Um、T10、C19、WY1組成。其中節(jié)點11與頻率校正和窄帶電壓變換電路中的C22相連。頻率校正和窄帶電壓變換電線路由R16～R23、C12～C18、T6～T8、D1～D3、L3～L5組成，且節(jié)點12與阻抗變換器電路中的R27相連;阻抗變換器電線路由R24～R28、IC4、IC5組成，且節(jié)點14與線性反饋補償及自動調整置零電線路中的R34相連;線性反饋補償及自動調整置零電線路由R34～R45、T11～T16、C20、D4、IC6～IC11、W4、WY2組成;高壓高精度穩(wěn)壓電源由R46～R52、T13～T15、WY3～WY6、W5、C21、IC12組成。
本發(fā)明除了采用五套常規(guī)穩(wěn)壓電源(V+2、V+3、V-1、V-2、V-3)外，還有一套專供信號源及發(fā)射與接收電路之用的高壓高精度穩(wěn)壓電源(如圖7)。由圖7看出，在用μA741(12)組成的80V高壓高精度穩(wěn)壓電源中，WY6通過WY5供給集成組件(12)，使之偏置電平可在寬的調節(jié)范圍內跟蹤輸出電壓;SE7040(T13)由穩(wěn)壓管WY4和電阻R47所偏置，作為偏置網(wǎng)絡恒流源;輸出電壓是經(jīng)過分壓比(R50、W5)獲得，W5為4.7～47KΩ;此電源之保護短路是由T15(2N4944)及電阻R52(2～5Ω)來實現(xiàn)，SE7040是用作調整管的高反壓大功率三極管，該電路參數(shù)值為R46，其值為8～12KΩ。
圖2中的左半部分是產(chǎn)生5～20KC振蕩電源;T1采用3D01G，目的提高輸入阻抗，使振蕩穩(wěn)定可靠;T3采用射極輸出，目的是減少后級對振蕩電路的影響;W3可用4.7～10KΩ電位器調節(jié)，W11、W12為同軸電位器，選用7～13KΩ較適合;T4為射極跟蹤器，起阻抗變換和功率放大作用，選用FU508A;發(fā)射線圈L1的感應電勢經(jīng)T5(FU508A)射隨器輸給后級選頻放大。R1～R15的阻值范圍為2～51KΩ，C1～C11的參數(shù)范圍為3300PF～0.1μF，其中C4～C7可在1～10μF范圍選用，T1選用3D01G，T2、T3應選用β＞120的高反壓晶體三級管，L1、L2線圈的匝數(shù)為5000～10000，電感量為6.8～21mH。
圖3電路中，基本發(fā)生器是由積分器運算放大器3和比較器13，以及由場效應管T19加到正反饋回路、且由集成運算放大器2組成的調制器對由運算放大器1來的Um進行工作，每次其積分器輸出達到翻轉點時翻轉，并使比較器改變T10開關狀態(tài)，從而使放大器從反相器變換成跟隨器，并使調制信號之極性反轉加到積分器輸入，Um控制著積分器的輸入電壓幅度，其控制頻率為f＝Um/4Vz·R·C式中f為控制頻率(KC)，Vz＝6.4V，R為等效電阻，其值為60～100KΩ，C為等效電容，其值為0.015～0.22μF范圍。
在該電路中，R29、R30、R31和R32分別為51KΩ、100KΩ、5.6KΩ和100KΩ，R33為5～10KΩ，C19為100～140Pf，則調制頻率范圍在12KC～18KC之間工作，T10為3D01G，IC2、IC3和IC13可選用OP07EN，WY1為20W7C。
在圖4中，由T6、T7組成兩極電感耦合放大器，并且都是共射級連接方式，因此輸出信號與輸入同相位。由于諧振電原理，R16、R17、R19、R21的參數(shù)范圍分別10～14KΩ、20～24KΩ、5.5～8.5KΩ、22～26KΩ，R18、R20均小于1KΩ，C12、C16和C17選用56～3300Pf，C13、C14、C15、C18的參數(shù)范圍為5～10μF。頻帶選擇較窄，Q≈20～30，從而為輸送給下一級由D1、D2、D3和T8組成的窄帶f/v變換器提供了理想條件。其中，T6～T8和D1～D3宜選用開關型晶體三級管和二級管，L3～L5電感線圈為1000～1400匝，由調試過程確定具體匝數(shù)。
經(jīng)T8的射極輸出到圖5電路中，從而大大改善信號的質量，可達到輸出阻抗小于2歐姆的高品質。
圖6電路中，共使用了IC6～IC11六個運算放大器(OP07EN四只，ICL 7650CP兩只)。其中，IC6、IC7作為比例放大;IC8、IC9中IC8作為積分功能，IC9具有比較器作用，從高頻窄帶變換器經(jīng)阻抗匹配后，信號U5加在IC8的反相輸入端。由于電壓比較器的正反饋作用，使IC9的輸出電壓總是等于最大值，即U′s＝±U′6mIC6、IC7是受U′s控制的電子開關，當U′s為(+)時，T16導通，T11截止，當U′s為(-)時，T16截止，T11導通，現(xiàn)設定為第一種狀態(tài)時，Us加到IC6的反相端，經(jīng)IC7、8、9的上述作用后，T16截止，T11導通，這時Us經(jīng)IC10、IC11雙相電壓比較器IC11經(jīng)FET12與電位器W4的調節(jié)，使輸出恒為零值(對公共端而言)，圖中，R44、R45是為比較器IC11提供參考電壓，為了方便可選用4.7～10KΩ多圈電位器為宜，調試后，再確定R44、R45的電阻值。T12若采用3DJ6系列，則W4可選用7～12K電位器即可，獲得正常調整作用。
經(jīng)IC10輸出的電壓是與被測物板帶厚度成比例的毫伏值。此值即可用數(shù)字電壓表顯示帶材實際厚度，并可以將其打印在卡片上，可作為檢測憑據(jù)。
權利要求
1.一種電磁反射式測厚儀，包含電源、信號源、發(fā)射線圈、接收線圈，其特征在于A、該測厚儀由發(fā)射線圈1、接收線圈2，調制鎖相環(huán)3、頻率校正和窄帶電壓變換4、阻抗變換器及精密檢波與倍壓5、線性反饋補償及自動調整置零6、高壓高精度穩(wěn)壓電源7、冷卻調整控制單元8組成；B、包含發(fā)射線圈和接收線圈的信號源及發(fā)射與接受線圈電線路由R1～R15、C1～C11、T1～T5、L1～L2以及W3、W11、W12組成；C、調制鎖相環(huán)電線路由R29～R33、IC2、IC3、IC13、Um、T10、C19、Wy1組成；D、頻帶校正和窄帶電壓變換電線路由R16～R23、C12～C18、T6～T8、D1～D3、L3～L5組成；E、阻抗變換器及精密檢波與倍壓電線路由R24～R28、IC4～IC5組成；F、線性反饋補償及自動調整置零電線路由R34～R45、T11～T16、C20、D4、IC6～IC11、W4、Wy2組成；G、高壓高精度穩(wěn)壓電源由R46～R52、T13～T15、Wy3～Wy6、W5、C21、IC12組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的測厚儀，其特征在于R1～R15的阻值范圍為2～51KΩ;C1～C11的參數(shù)范圍為3300PF～0.1μF;其中C4～C7為1～10μF;T2、T3選用β＞120的高反壓晶體三極管;L1、L2線圈的匝數(shù)為5000～10000匝，電感量為6.8～21mH。
3.根據(jù)權利要求1所述的測厚儀，其特征在于積分器輸入電壓幅度的控制頻率為f＝Um/4Vz·R·C式中，f為控制頻率(kc)，Vz＝6.4V，R為等效電阻，其值為60～100KΩ，C為等效電容，其值為0.015～0.22μF。
4.根據(jù)權利要求1所述的測厚儀，其特征在于R29、R30、R31和R32的阻值分別為51KΩ·100kΩ、5.6kΩ和100kΩ;R33為5～10kΩ;C19為100～140PF。
5.根據(jù)權利要求1所述的測厚儀，其特征在于R16、R17、R19、R21的阻值范圍分別為10～14kΩ、20～24kΩ、5.5～8.5kΩ、22～26kΩ;R18、R20均小于1kΩ;C12、C16和C17的參數(shù)范圍為56～300PF;C13、C14、C15和C18的參數(shù)范圍為5～10μF;L3～L5電感線圈的匝數(shù)為1000～1400匝。
6.根據(jù)權利要求1所述的測厚儀，其特征在于R44、R45的參數(shù)范圍為4.7～10kΩ;
7.根據(jù)權利要求1所述的測厚儀，其特征在于W5為4.7～47kΩ，R52為2～5Ω，R46為8～12kΩ。
全文摘要
本發(fā)明系一種電磁反射式測厚儀。主要適用于金屬板帶材軋制過程中在線連續(xù)測量其板帶的厚度。該測厚儀由信號源、發(fā)射線圈、接收線圈、調制鎖相環(huán)、頻率校正及窄帶電壓變換、阻抗變換器及精密檢波與倍壓、線性反饋補償及自動調整置零和高壓高精度穩(wěn)壓電源的電線路以及冷卻調整控制單元組成。其測量厚度范圍為1～12mm，測量精度0.02mm+1％×測量值，最高工作溫度750～950℃。且結構簡單，成本低，無污染。
文檔編號G01B7/06GK1070731SQ9210964
公開日1993年4月7日 申請日期1992年8月24日 優(yōu)先權日1992年8月24日
發(fā)明者曹奇恒, 趙義輝 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院