電磁傳感器及其校準(zhǔn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種用于檢測(cè)金屬靶微觀結(jié)構(gòu)的電磁傳感器（400），包括：磁性裝置（410、420），用于提供勵(lì)磁磁場(chǎng)；磁力計(jì)（430），用于檢測(cè)在金屬靶中引起的合成磁場(chǎng)；以及校準(zhǔn)電路（450、551、552、553、554），用于生成校準(zhǔn)磁場(chǎng)來校準(zhǔn)電磁傳感器，其中校準(zhǔn)參考磁場(chǎng)是由勵(lì)磁磁場(chǎng)在校準(zhǔn)電路引起的電流產(chǎn)生的。
【專利說明】電磁傳感器及其校準(zhǔn)
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及監(jiān)測(cè)金屬靶微觀結(jié)構(gòu)的裝置和方法。特別是，雖然不排它地，本發(fā)明的一些實(shí)施方式涉及校準(zhǔn)電磁傳感器的裝置和方法。特別是，雖然不排它地，本發(fā)明的一些實(shí)施方式涉及對(duì)金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)信息的監(jiān)測(cè)。
[0002]背景
[0003]諸如鋼的金屬的生產(chǎn)過程中，受控冷卻緊跟在金屬軋制之后。生產(chǎn)過程期間，尤其是冷卻過程，金屬的微觀結(jié)構(gòu)演變并導(dǎo)致被加工的金屬的最終微觀結(jié)構(gòu)。被加工的金屬的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)金屬特性的許多方面都有影響，例如對(duì)拉伸強(qiáng)度有影響。
[0004]傳統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)是破壞性的，并且涉及從例如被加工的材料的線圈的端部去除用于分析的樣本。這耗時(shí)間，高成本,不允許連續(xù)監(jiān)測(cè),并且只評(píng)估被加工的材料的一小部分。
[0005]當(dāng)被加工的材料是鋼時(shí)，據(jù)知電磁技術(shù)可以通過檢測(cè)由于鋼中電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的變化弓I起的鐵磁相位改變來監(jiān)測(cè)鋼相位轉(zhuǎn)變。而且，如果線圈被放置在正被加工的鋼的附近，這導(dǎo)致線圈阻抗測(cè)量的變化，因?yàn)殡妼?dǎo)率和磁導(dǎo)率受鋼的微觀結(jié)構(gòu)的影響。例如奧氏體，高溫下穩(wěn)定階段的鐵，是順磁性的，而穩(wěn)定低溫相位鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體是鐵磁性的，低于約760°C的居里溫度。鋼的性能隨著這些相位的體積分?jǐn)?shù)劇烈變化，其很大程度上受制于鋼的合金含量和冷卻速率。
[0006]然而，在加工期間，問題出現(xiàn)在對(duì)金屬的電磁特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中。許多問題出自與金屬加工相關(guān)的環(huán)境條件，例如熱量、水分、濕度，等等。
[0007]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的目標(biāo)是至少緩解現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的各方面，提供了在所附權(quán)利要求中定義的裝置和方法。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于檢測(cè)金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)的電磁傳感器，其包括:用于提供磁場(chǎng)的裝置；用于檢測(cè)在金屬靶中引起的磁場(chǎng)的磁力計(jì)；和用于生成參考磁場(chǎng)來校準(zhǔn)傳感器單元的校準(zhǔn)電路。
[0010]電磁傳感器可包括多個(gè)校準(zhǔn)電路。多個(gè)校準(zhǔn)電路中的每一個(gè)可以被設(shè)置為在相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)生成磁場(chǎng)。多個(gè)校準(zhǔn)電路中的每一個(gè)可以包括相應(yīng)的阻抗。一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)電路可包括校準(zhǔn)線圈。電磁傳感器可包括控制裝置，用于選擇性地控制參考磁場(chǎng)的生成。參考磁場(chǎng)可由在校準(zhǔn)電路中由磁場(chǎng)引起的電流生成。磁力計(jì)可以是感應(yīng)檢測(cè)器線圈或霍爾傳感器。電磁傳感器可包括磁芯。磁芯可以是U型的或H型的。磁力計(jì)可被設(shè)置為貼近磁芯的磁極。生成磁場(chǎng)的裝置可包括一個(gè)或多個(gè)勵(lì)磁線圈。電磁傳感器可包括控制單元，其被設(shè)置為確定校準(zhǔn)周期并且在校準(zhǔn)周期期間選擇性地激活校準(zhǔn)電路?？刂茊卧杀辉O(shè)置為基于從磁力計(jì)輸出的檢測(cè)信號(hào)確定校準(zhǔn)周期?？刂茊卧杀辉O(shè)置為基于從磁力計(jì)輸出的檢測(cè)信號(hào)和預(yù)定義參考電平來確定校準(zhǔn)周期?？刂茊卧砂ㄓ糜诮邮諄碜陨a(chǎn)設(shè)備的指示金屬靶之間的周期的信號(hào)的輸入端，其中控制單元被設(shè)置為基于該信號(hào)來確定校準(zhǔn)周期?？刂茊卧杀辉O(shè)置為選擇性地控制多個(gè)校準(zhǔn)電路。控制單元可被設(shè)置為使多個(gè)校準(zhǔn)電路中的每一個(gè)校準(zhǔn)電路輸出相應(yīng)的頻率。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了校準(zhǔn)電磁傳感器的方法，包括:提供勵(lì)磁磁場(chǎng)；使校準(zhǔn)電路輸出校準(zhǔn)磁場(chǎng)；在一個(gè)或多個(gè)磁力計(jì)上接收合成磁場(chǎng)；以及基于合成磁場(chǎng)確定對(duì)電磁傳感器的校準(zhǔn)。
[0012]勵(lì)磁磁場(chǎng)可包括多頻波形。本方法可包括使多個(gè)校準(zhǔn)電路中的每一個(gè)校準(zhǔn)電路在相應(yīng)的頻率范圍輸出校準(zhǔn)磁場(chǎng)，并且確定在相應(yīng)的頻率范圍對(duì)磁傳感器的校準(zhǔn)。本方法可包括確定勵(lì)磁磁場(chǎng)與合成磁場(chǎng)之間的相位差。本方法可包括確定校準(zhǔn)周期并在校準(zhǔn)周期期間使校準(zhǔn)電路產(chǎn)生校準(zhǔn)磁場(chǎng)。校準(zhǔn)周期可以是金屬靶之間的周期。校準(zhǔn)周期可根據(jù)來自一個(gè)或多個(gè)磁力計(jì)的輸出確定。校準(zhǔn)周期可在無校準(zhǔn)磁場(chǎng)時(shí)基于來自一個(gè)或多個(gè)磁力計(jì)的輸出被確定。校準(zhǔn)周期可根據(jù)從生產(chǎn)過程接收的輸入被確定。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于監(jiān)測(cè)金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:多個(gè)電磁傳感器和一控制單兀；多個(gè)電磁傳感器用于輸出磁場(chǎng)、檢測(cè)合成磁場(chǎng)并響應(yīng)于其來輸出檢測(cè)信號(hào)，控制單元被設(shè)置為接收來自多個(gè)電磁傳感器的檢測(cè)信號(hào)并確定多個(gè)磁傳感器處的金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)。
[0014]多個(gè)磁傳感器可被設(shè)置在金屬祀的移動(dòng)方向上。多個(gè)磁傳感器可在金屬祀生產(chǎn)過程中的冷卻區(qū)域被間隔開?？刂茊卧杀辉O(shè)置為對(duì)于多個(gè)磁傳感器中的每一個(gè)確定輸出磁場(chǎng)和合成磁場(chǎng)之間的相變。控制單元可被設(shè)置為確定金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)演變。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了生產(chǎn)過程，包括根據(jù)本發(fā)明的方面的系統(tǒng)，其中控制單元被設(shè)置為輸出指示金屬靶的相位轉(zhuǎn)變的信號(hào)，并且響應(yīng)于其來控制生產(chǎn)過程中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是金屬靶冷卻過程的參數(shù)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了監(jiān)測(cè)金屬靶微觀結(jié)構(gòu)的方法，包括:在多個(gè)電磁傳感器輸出磁場(chǎng)；確定多個(gè)電磁傳感器的合成磁場(chǎng)；以及在多個(gè)磁傳感器的每一個(gè)處確定金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)。
[0017]微觀結(jié)構(gòu)可基于合成磁場(chǎng)相對(duì)于輸出磁場(chǎng)的相位響應(yīng)被確定。微觀結(jié)構(gòu)可基于合成磁場(chǎng)相對(duì)于輸出磁場(chǎng)的強(qiáng)度被確定。方法可包括確定金屬祀的微觀結(jié)構(gòu)變化速率。方法可包括響應(yīng)于所確定的微觀結(jié)構(gòu)來改變生產(chǎn)過程的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可包括金屬靶的冷卻參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的實(shí)施方式現(xiàn)在將僅通過舉例的方法來描述，參考附圖，其中:
[0019]圖1是金屬生產(chǎn)過程或“熱軋”的原理圖；
[0020]圖2是現(xiàn)有電磁傳感器的示例圖；
[0021]圖3是針對(duì)鐵素體分?jǐn)?shù)的規(guī)范化傳感器輸出的例圖；
[0022]圖4根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方式電磁傳感器的示例圖；
[0023]圖5根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方式電磁傳感器的示例圖；
[0024]圖6根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)的原理圖；
[0025]圖7是多個(gè)信號(hào)頻率處所確定的相量的示例圖；
[0026]圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式傳感器輸出的舉例；
[0027]圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的裝置；和[0028]圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式來自多個(gè)傳感器的所確定的相位的示例圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明的實(shí)施方式意圖在于減少金屬靶生產(chǎn)過程期間與監(jiān)測(cè)金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)的演變相關(guān)的問題。這個(gè)過程的實(shí)例可以是在鋼生產(chǎn)的情況下鋼熱軋之后緊跟著受控冷卻。然而，我們將意識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施方式不限于用于鋼靶，并且可用于一系列金屬，包括含鐵的或不含鐵的金屬靶。受控冷卻期間，鋼微觀結(jié)構(gòu)的變化可由材料具有的電磁特性的測(cè)量推斷出來。本發(fā)明的實(shí)施方式參考鋼的處理過程來描述。然而，據(jù)知本發(fā)明的實(shí)施方式在監(jiān)測(cè)其他金屬上也可以是有用的，尤其是含鐵金屬。
[0030]綜觀金屬生產(chǎn)階段，有時(shí)稱為“熱軋”的被示于圖1中。
[0031]正在被處理中的鋼101隨著一個(gè)或多個(gè)連續(xù)地通過一個(gè)或多個(gè)軋鋼機(jī)架110被軋制成要求的形狀和初始尺寸。生產(chǎn)過程通常是儀器化的，帶有一個(gè)或多個(gè)傳感器120來測(cè)量厚度、寬度、形狀等以及鋼的溫度。當(dāng)鋼產(chǎn)品離開最后一個(gè)軋鋼機(jī)架110時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)通常是高溫的面心的立方奧氏體相。
[0032]當(dāng)鋼冷卻時(shí)，通常在加速的鋼冷卻過程中使用空氣、水或油冷卻劑，這些可能通過安置在受控冷卻區(qū)的一個(gè)或多個(gè)出口 125被施加于鋼上，鋼轉(zhuǎn)變到一種結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)包括體心立方鐵素體相和碳化物，通常是滲碳體(Fe3C)，后者的形態(tài)取決于冷卻速率和組成。增加冷卻速率或合金含量會(huì)在低溫時(shí)引起形態(tài)改變，給出一個(gè)更精細(xì)的碳化物彌散，并因此給出更強(qiáng)壯的產(chǎn)品。通過改變最終的微觀結(jié)構(gòu)，可以由非常低的碳在金屬產(chǎn)品中產(chǎn)生廣泛的強(qiáng)度范圍，實(shí)質(zhì)上，帶有200N/mm2拉伸強(qiáng)度的鐵素體結(jié)構(gòu)到超過1000N/mm2拉伸強(qiáng)度的高強(qiáng)度鋼。這些具有更高的碳含量，其微觀結(jié)構(gòu)由鐵素體、珠光體、貝氏體、馬氏體以及在某些情況下被稱為TRIP鋼的奧氏體的混合物組成，其通過適當(dāng)?shù)暮辖鸹诮档街車鷾囟葧r(shí)已經(jīng)很穩(wěn)定。冷卻過程通常是由一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器140監(jiān)測(cè)和控制，例如光學(xué)高溫計(jì)，其可以被置于出口 125之前和/或之后并且偶爾在出口 125的中間特定區(qū)域中。
[0033]在冷卻期間，由例如在可控的冷卻區(qū)域中的傳感器來監(jiān)測(cè)鋼的結(jié)構(gòu)將是有用的。
[0034]為了在線地即實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)鋼的微觀結(jié)構(gòu)，大量技術(shù)被提出，每一個(gè)都有其限制性。光學(xué)溫度傳感器被用于實(shí)現(xiàn)冷卻反饋控制，但被水噴射的變化和表面輻射率的不規(guī)則性不利地影響。另外，溫度只是微觀結(jié)構(gòu)的假定指示物，并且只有鋼的表面被測(cè)量。其他可能的方法例如X射線衍射和激光超聲波在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)被證明，但是由于水噴射和霧的影響，不能簡(jiǎn)單地在水冷卻區(qū)域施展。
[0035]之前使用電磁傳感器來監(jiān)測(cè)微型結(jié)構(gòu)的嘗試已經(jīng)受到以下因素限制:
[0036]I)來自其它工藝參數(shù)的干擾，例如提離(lift-off)(即傳感器頭和材料之間的距離)中的變化和附近鋼架的影響
[0037]2)受限的檢測(cè)范圍，其中，對(duì)于一般高于30%鐵素體含量的鐵素體相分?jǐn)?shù)，傳感器響應(yīng)趨于穩(wěn)定。由于工業(yè)對(duì)更高分?jǐn)?shù)的控制轉(zhuǎn)變感興趣，因此這是更嚴(yán)重的局限。
[0038]3)使傳感器在惡劣的條件下長(zhǎng)期工作的困難，這是在鋼熱軋機(jī)中所面臨的，尤其伴隨著熱漂移，這是由于這種傳感器不得不忍受高溫。
[0039]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的傳感器單元，一般用參考數(shù)字200指出，用于檢測(cè)金屬靶260的電磁特性。[0040]通常金屬靶260可以快速地移過一系列的輥，并且因此對(duì)金屬靶的貼近僅限于一端，例如傳感器單兀200安置在一對(duì)棍之間。
[0041]傳感器單元200包括磁芯210、勵(lì)磁電源220和一個(gè)或多個(gè)磁性檢測(cè)器230、240。磁芯210被配置為施加盡可能多的詢問(interrogating)磁場(chǎng)250到金屬祀260,并且因此基于U型線圈210的設(shè)計(jì)是優(yōu)選的。勵(lì)磁電源220可以是永久磁體或電磁體。檢測(cè)組件230,240是磁力計(jì)并且感應(yīng)檢測(cè)器線圈和霍爾探針傳感器兩者都已經(jīng)被報(bào)告。磁性檢測(cè)器230、240安裝在磁芯210的磁極。
[0042]圖2中還示出了傳感器200基本的U型線圈設(shè)計(jì)的兩種變形。第一個(gè)變形顯示了額外磁極270和磁力計(jì)，其被添加來提供磁場(chǎng)250的額外測(cè)量。額外的磁性檢測(cè)器270提供的測(cè)量可以被用于消除潛在的誤差來源，例如由傳感器單元200和金屬靶260之間的距離變化而引起的變化。這個(gè)距離通常簡(jiǎn)稱為提離。第二個(gè)變形是背靠背配置中的兩個(gè)額外的磁極280、290的組合，以實(shí)現(xiàn)H型傳感器。
[0043]EPl77626A題為“System for Online-Detecting Transformation value and/orFlatness of Steel or Magnetic Material”公開了一種用于在線檢測(cè)鋼或磁性材料的變化和/或平坦度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由板狀金屬靶的一面上的勵(lì)磁線圈組成，其中勵(lì)磁線圈生成交替的磁場(chǎng)。兩個(gè)或更多的檢測(cè)線圈被安置在與勵(lì)磁線圈距離不同的位置，但與在類似于圖2中所示的布置中的勵(lì)磁線圈相互感應(yīng)。來自檢測(cè)線圈的磁場(chǎng)測(cè)量被送入算術(shù)單元，來獲得變化值和金屬靶的平坦度。
[0044]JPO3262957A 題為 “Transformation Ratio Measuring Instrument for SteelMaterial”公開了使用尺寸不同的獨(dú)立磁芯的系統(tǒng)。
[0045]EP01308721 題為“Device and Method for Detecting Magnetic Properties ofa Metal Object”公開了與EP177626A相似的系統(tǒng)，但在這種狀況下設(shè)備被公開用于檢測(cè)金屬靶對(duì)象的磁特性。該系統(tǒng)包括生成磁場(chǎng)的裝置和用于測(cè)量金屬靶產(chǎn)生的部分磁場(chǎng)的效應(yīng)的檢測(cè)裝置。然而，在這種狀況下，EP01308721公開了產(chǎn)生的磁場(chǎng)是連續(xù)的直流磁場(chǎng)，以及檢測(cè)裝置是適合于檢測(cè)磁場(chǎng)的至少一個(gè)連續(xù)分量的裝置。如圖2所示，檢測(cè)裝置被置于傳感器單元的磁極上。另外，所報(bào)告的系統(tǒng)具有位于生成及檢測(cè)裝置和金屬靶之間的非磁性金屬屏蔽。非磁性金屬屏蔽不會(huì)影響直流磁場(chǎng)，這是使用連續(xù)直流而非交替的交流磁場(chǎng)的一個(gè)關(guān)鍵特征。
[0046]為了克服于來自于當(dāng)金屬靶是板或條的形式時(shí)運(yùn)載金屬靶的軋輥的磁化的干擾有關(guān)的問題，JP07325067A 題為“Transformation Factor Measuring Device” 公開了轉(zhuǎn)換因子測(cè)量設(shè)備，其中勵(lì)磁電源設(shè)置在金屬靶一邊，并且檢測(cè)組件設(shè)置在金屬靶另一邊。這種方法幫助減少運(yùn)載金屬靶板的軋輥的磁化影響，然而有一個(gè)缺點(diǎn)，即系統(tǒng)不同的部分安置在不同的位置，使系統(tǒng)更難以部署，并且使系統(tǒng)更難以免受快速移動(dòng)的金屬靶板的系統(tǒng)組件的影響。
[0047]使用僅用連續(xù)的直流勵(lì)磁或單個(gè)頻率勵(lì)磁的傳感器單元的缺點(diǎn)是測(cè)量系統(tǒng)對(duì)鋼靶的轉(zhuǎn)變的分?jǐn)?shù)的有限檢測(cè)范圍敏感，其中對(duì)于高于30%鐵素體含量的鐵素體相分?jǐn)?shù)，傳感器單元響應(yīng)趨于穩(wěn)定，這已經(jīng)在(材料科學(xué)期刊(2007)第42卷第6854到6861頁、Yin等人的 “Exploring the relationship between ferrite fraction and morphology andthe electromagnetic properties of steel”)中報(bào)道并不于圖3中。由于鋼工業(yè)對(duì)控制更高分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)變感興趣，因此這是更嚴(yán)重的局限。Yin等人的論文中討論了傳感器單元可以用于使用多頻測(cè)量在鋼靶中鐵素體轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)的整個(gè)范圍(0-100%)內(nèi)識(shí)別轉(zhuǎn)變的分?jǐn)?shù)。
[0048]JP60017350A公開了一種系統(tǒng)，其在被測(cè)量的金屬靶的同一側(cè)使用勵(lì)磁線圈和檢測(cè)線圈來在數(shù)量上測(cè)量鋼靶的轉(zhuǎn)變速率，傳送頻率變化的電流到勵(lì)磁線圈，并在每一個(gè)頻率上從兩個(gè)線圈獲得厚度方向上的測(cè)量材料的磁導(dǎo)率。
[0049]不同頻率的使用已經(jīng)在(Dickinson等人的IEEE的儀表及測(cè)試設(shè)備學(xué)報(bào)(2007)第 56 (3)卷第 879 到第 886 頁“The development of a mult1-frequency electromagneticinstrument for monitoring the phase transformation of hot strip steel，，)中報(bào)道。這篇文章中描述了一種儀器，其被設(shè)置為使用電磁傳感器來分析熱軋帶鋼的相變。傳感器利用鋼的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的變化來監(jiān)測(cè)生產(chǎn)期間的微型結(jié)構(gòu)演變。傳感器是基于H型鐵芯的感應(yīng)裝置，使用包含數(shù)字信號(hào)處理器的多頻阻抗分析儀對(duì)其進(jìn)行詢問。在線快速傅里葉變換被執(zhí)行，以提取由于樣品微觀結(jié)構(gòu)的演變而產(chǎn)生的多頻電感的變化。呈現(xiàn)了來自一系列碳鋼樣品的測(cè)量和儀器的概述。結(jié)果驗(yàn)證了儀器的監(jiān)測(cè)微型結(jié)構(gòu)的變化以及阻止傳感器和熱板之間的提離距離的變化的能力。
[0050]JP2000-304725 題為 “Method for Measuring Thickness of TransformationLayer of Steel Material”也公開了一種多頻方法,用于監(jiān)測(cè)金屬祀的轉(zhuǎn)變的進(jìn)展。在這種狀況中，金屬靶是厚的，并且通過分析傳感器單元測(cè)量的光譜，系統(tǒng)測(cè)量外面轉(zhuǎn)變層的厚度。
[0051]然而，由于在金屬加工環(huán)境中使用這樣的電磁傳感器，存在嚴(yán)重的問題。本發(fā)明的一些實(shí)施方式計(jì)劃減少一個(gè)或多個(gè)這樣的問題，以便電磁傳感器可以更準(zhǔn)確可靠地在這樣的環(huán)境中使用。對(duì)于電磁傳感器單元的設(shè)計(jì)存在挑戰(zhàn)。理想的傳感器單元應(yīng)該能(i)阻止或減少來自其他過程參數(shù)的干擾，例如附近鋼鐵架的影響和提離中的變化，(ii)測(cè)量廣泛范圍的轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)，例如轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)的整個(gè)范圍0到100%，和(iii)對(duì)于由高溫環(huán)境引起的變化具有低敏感性，其中與溫度在1000°c的熱金屬僅有很短的距離，例如距傳感器單元的活躍的一邊僅幾厘米。本發(fā)明的一些實(shí)施方式可以旨在解決或減少其中的一些問題。
[0052]本發(fā)明實(shí)施方式的第一個(gè)方面涉及用于校準(zhǔn)電磁傳感器單元的裝置和方法。特別地，第一方面涉及用于在傳感器單元操作期間實(shí)現(xiàn)定期校準(zhǔn)的裝置和方法。由于操作中所遭遇到的非常高的溫度環(huán)境伴隨非常高的輻射熱負(fù)荷，傳感器單元的頻繁校準(zhǔn)是可取的，通常自正處于測(cè)量中的金屬靶的至少一部分中運(yùn)用。
[0053]本發(fā)明的一些實(shí)施方式提供了施加一個(gè)或多個(gè)參考校準(zhǔn)電平到電磁傳感器單元的電子裝置。
[0054]圖4根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方式示例了裝置400。裝置是電磁傳感器單元400，用于感測(cè)金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)。
[0055]傳感器單兀400包括磁芯410、一個(gè)或多個(gè)勵(lì)磁源420和一個(gè)或多個(gè)磁檢測(cè)器430。磁芯410被配置為把由勵(lì)磁源420產(chǎn)生的詢問磁場(chǎng)440施加到金屬靶(未示出)。磁芯410可以是U型，如圖4中所示，或可能被配置為不同的形狀，例如H型。勵(lì)磁源420可能是永久磁體、電磁體或其組合。磁性檢測(cè)器430被布置為檢測(cè)磁場(chǎng)440，并且可能包括一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)檢測(cè)線圈和/或霍爾探頭傳感器。也可以構(gòu)想其他的磁力計(jì)。在某些實(shí)施方式中，傳感器單元400包括兩個(gè)磁性檢測(cè)器430，每一個(gè)被安裝在磁芯410的相應(yīng)磁極。線圈410可以是U型或H型(H型包括兩個(gè)被背靠背布置的U型芯)。在某些實(shí)施方式中，線圈可能是H型并包括一個(gè)或多個(gè)背景檢測(cè)器線圈445。傳感器單元400還包括校準(zhǔn)單元450用于校準(zhǔn)傳感器單元400。
[0056]校準(zhǔn)單兀450包括一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)電路,用于產(chǎn)生校準(zhǔn)磁場(chǎng),其與一個(gè)或多個(gè)勵(lì)磁源420產(chǎn)生的磁場(chǎng)440相互作用，來模擬正貼近傳感器400出現(xiàn)的金屬靶的影響。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，校準(zhǔn)磁場(chǎng)是由詢問磁場(chǎng)440在校準(zhǔn)電路引起的電流產(chǎn)生的。校準(zhǔn)電路可包括校準(zhǔn)線圈451，用于增加校準(zhǔn)電路對(duì)磁場(chǎng)440的敏感性。同時(shí)校準(zhǔn)線圈451示于圖4中，將意識(shí)到,校準(zhǔn)單元450可包括多個(gè)校準(zhǔn)線圈451。
[0057]校準(zhǔn)單元450可還包括控制或開關(guān)裝置452，用于控制校準(zhǔn)線圈451的操作?？刂蒲b置452示于圖4中，其作為一個(gè)開關(guān)，通過選擇性地施加感應(yīng)電渦流到校準(zhǔn)線圈451來選擇性地激活校準(zhǔn)線圈451。控制裝置可響應(yīng)于接收到的校準(zhǔn)控制信號(hào)而被操作，如將被討論的。在其它的實(shí)施方式中，控制裝置452用其他的方法來執(zhí)行，例如通過可控制的電源或信號(hào)發(fā)生器，用于選擇性地生成和施加電壓或信號(hào)到校準(zhǔn)線圈451。在帶有校準(zhǔn)線圈451的電路中提供了參考阻抗453或電阻，用于限制通過校準(zhǔn)線圈451的電流?？蛇x擇的，來自電源或信號(hào)發(fā)生器的限制電流輸出可以被使用。雖然沒有在圖4中示出，電源可被包括在校準(zhǔn)單元450中，用于向校準(zhǔn)線圈451提供電流或信號(hào)，其通過開關(guān)452被選擇性地施加。
[0058]每一個(gè)校準(zhǔn)線圈451可被圍繞磁芯410的磁極設(shè)置，以便與由施加于金屬靶的勵(lì)磁源420產(chǎn)生的磁通量440的一部分相互作用。
[0059]當(dāng)開關(guān)452閉合時(shí)，電流圍繞包括校準(zhǔn)線圈451和參考阻抗453的校準(zhǔn)電路流動(dòng)。校準(zhǔn)單元450在磁性傳感器上的影響類似于由勵(lì)磁源420在金屬靶上引起的渦流流動(dòng)的影響。因此，校準(zhǔn)單元450能夠提供可被用于校準(zhǔn)傳感器單元400的已知輸入給傳感器單元400。校準(zhǔn)單元450可被手工激活,例如通過開關(guān)452的用戶激活,或通過開關(guān)452自動(dòng)地激活，電源或信號(hào)發(fā)生器被諸如微處理器或相似物的控制單元激活。
[0060]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式的裝置500。裝置500包括如之前參考圖4描述的電磁傳感器410、420、430、440、445，并且為了清晰，相同編號(hào)部分的重復(fù)討論將被省略。裝置500還包括校準(zhǔn)單元550，其含有多個(gè)校準(zhǔn)電路551、552、553、554。每一個(gè)校準(zhǔn)電路551、552、553、554被認(rèn)為是如之前參考圖4描述的校準(zhǔn)單元450，并且為了清晰，重復(fù)討論將被再次省略。如事先描述的，每一個(gè)校準(zhǔn)電路551、552、553、554包括一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)線圈。
[0061]每一個(gè)校準(zhǔn)電路551、552、553、554被分別控制來生成相應(yīng)的磁場(chǎng)。每一個(gè)校準(zhǔn)線圈可被設(shè)置為在不同的各自校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi)操作，來在每一個(gè)頻率范圍校準(zhǔn)傳感器單元500的響應(yīng)。第一校準(zhǔn)線圈551可以被設(shè)置為在第一校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi)操作，所述第一校準(zhǔn)頻率范圍是較低的頻率范圍。此配置可以包括提供具有一個(gè)或較少匝數(shù)的第一校準(zhǔn)線圈551。相似地，與第一校準(zhǔn)線圈551相關(guān)的參考阻抗可以是較低的。第四校準(zhǔn)線圈554可以被設(shè)置為在第四頻率范圍內(nèi)操作，所述第四頻率范圍是較高的校準(zhǔn)頻率范圍。此配置可以包括提供具有較大的匝數(shù)的第四校準(zhǔn)線圈554。第二和第三校準(zhǔn)線圈552、553可以被設(shè)置為在第二和第三各自的校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi)操作，所述第二和第三各自的校準(zhǔn)頻率范圍可以在第一和第四校準(zhǔn)頻率范圍之間被相等地或不相等地間隔。同時(shí)第二種實(shí)施方式被示出，其含有四個(gè)校準(zhǔn)電路551、552、553、554，將意識(shí)到，可以提供或多或少的校準(zhǔn)電路。[0062]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)600。系統(tǒng)600被設(shè)置為用于感測(cè)金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)，例如鋼，其在諸如熱軋的生產(chǎn)過程中形成。
[0063]系統(tǒng)600包括示于圖4中的電磁傳感器單元400和控制單元600。系統(tǒng)600的實(shí)施方式也可以設(shè)想包括圖5中的傳感器單元500。在這種狀況下，控制單元600具有諸如4個(gè)的多個(gè)不同頻率校準(zhǔn)控制信號(hào)，來提供給四個(gè)校準(zhǔn)線圈。
[0064]控制單元600包括信號(hào)單元610，用于分別地生成勵(lì)磁和控制信號(hào)并接收用于/來自傳感器單元400的檢測(cè)信號(hào)。特別是，信號(hào)單元610輸出一個(gè)或多個(gè)勵(lì)磁信號(hào)到傳感器單元400的勵(lì)磁線圈420，并且接收來自傳感器單元400的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)線圈430的檢測(cè)信號(hào)(示于圖6的實(shí)施方式包括提供給勵(lì)磁線圈420和兩個(gè)檢測(cè)線圈430的勵(lì)磁信號(hào)，然而可以設(shè)想其它數(shù)量的勵(lì)磁線圈和檢測(cè)線圈)。信號(hào)單元610進(jìn)一步被設(shè)置為輸出校準(zhǔn)控制信號(hào)到校準(zhǔn)單元450，以被控制裝置452接收來控制校準(zhǔn)電路的操作?？刂茊卧?00還可以包括信號(hào)處理單元620，用于處理從傳感器單元400接收的檢測(cè)信號(hào)，如將被解釋的。 [0065]為了校準(zhǔn)傳感器單元400，控制單元600生成勵(lì)磁信號(hào)，用于傳感器單元400的勵(lì)磁線圈420。勵(lì)磁信號(hào)可以是時(shí)變波形，例如正弦或余弦波形。勵(lì)磁信號(hào)可以包括加在一起的波形，來形成多頻波形。這樣的波形在Dickinson等人的IEEE的儀表及測(cè)試設(shè)備學(xué)報(bào)(2007)第56(3)卷第879到886頁中被描述，在此通過引用并入，雖然其它的波形也可以使用。驅(qū)動(dòng)電路雖然沒有在圖6中示出，但其可以被設(shè)置在信號(hào)單元610的輸出端和一個(gè)或多個(gè)勵(lì)磁線圈420之間?？刂茊卧?00也生成用于校準(zhǔn)單元450的校準(zhǔn)控制信號(hào)。校準(zhǔn)控制信號(hào)可以控制開關(guān)452，以便電路被選擇性地形成，其包括校準(zhǔn)線圈451，或可以直接生成施加于校準(zhǔn)線圈的校準(zhǔn)信號(hào)，例如具有頻率f?的信號(hào)。結(jié)果，生成校準(zhǔn)磁場(chǎng)。校準(zhǔn)磁場(chǎng)有效地修改由勵(lì)磁線圈420生成的磁通量，來在傳感器400上產(chǎn)生已知效應(yīng)，這與金屬靶的情況相似。校準(zhǔn)磁場(chǎng)模擬由勵(lì)磁信號(hào)在金屬靶中引起的渦流的流動(dòng)?？刂茊卧?00還被設(shè)置為接收一個(gè)或多個(gè)來自檢測(cè)線圈430的檢測(cè)信號(hào)。信號(hào)單元610數(shù)字化每一個(gè)接收到的信號(hào)，并且傳遞指示接收到的信號(hào)和生成的勵(lì)磁信號(hào)的信息到信號(hào)處理單元620。
[0066]基于從信號(hào)單元610接收到的信息，信號(hào)處理單元620使用下變頻轉(zhuǎn)換技術(shù)將數(shù)字化的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗔康韧?，正如所知的，例如來自引用的參考。信?hào)處理620單元被設(shè)置為確定由金屬靶或校準(zhǔn)場(chǎng)造成的電磁傳感器500中的阻抗的變化，正如將為本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。阻抗變化被確定，其具有實(shí)部分量和虛部分量，即正交分量和同相分量，如圖7中所示。這些可通過信號(hào)處理單元620比較勵(lì)磁線圈420電流和檢測(cè)線圈430輸出電壓波形來確定。這可以在感興趣的多個(gè)頻率的每一個(gè)中執(zhí)行，以特別地獲得與深度有關(guān)的分布圖，因?yàn)楦叩念l率信號(hào)更深地滲透到金屬靶中。每一個(gè)頻率的復(fù)阻抗可被信號(hào)處理單元通過將快速傅里葉變換(FFT)計(jì)算出來，運(yùn)用到電壓電流波形，來獲得每一個(gè)單獨(dú)的頻率的相應(yīng)信號(hào)的相位和幅度。多頻測(cè)量的舉例示于圖7中，用于非磁性金屬靶，并且類似的多頻測(cè)量可以通過應(yīng)用校準(zhǔn)線圈裝置450獲得，如圖4所示。
[0067]為了校準(zhǔn)電磁傳感器400，通過在無金屬靶的情況下減去一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)線圈430的響應(yīng)、或在無金屬靶但是校準(zhǔn)單元450、550生成已知校準(zhǔn)信號(hào)的情況下從檢測(cè)線圈430的響應(yīng)減去校準(zhǔn)單元450的輸出(背景電平)，信號(hào)處理單元620被設(shè)置為確定電磁傳感器620對(duì)于在一個(gè)或多個(gè)感興趣的頻率的校準(zhǔn)單元450、550的輸出的梯度或敏感性。
[0068]校準(zhǔn)單元的操作可如下描述。這里復(fù)相量表示法用于描述傳感器的響應(yīng)。假設(shè)，Z0fn是未出現(xiàn)金屬靶時(shí)傳感器的復(fù)阻抗輸出，并且校準(zhǔn)電路在頻率fn未被激活時(shí)，并且Zefn是未出現(xiàn)金屬靶時(shí)傳感器的復(fù)阻抗輸出并且校準(zhǔn)線圈在頻率fn被激活，并且Zfn是出現(xiàn)金屬靶時(shí)傳感器的復(fù)阻抗輸出，并且校準(zhǔn)線圈在頻率4未被激活。規(guī)范化的和校準(zhǔn)的傳感器輸出，NNfn可以如下計(jì)算:
[0069]<img/[0070]最終，頻率fn的校準(zhǔn)的傳感器的輸出ZAfn可以進(jìn)一步計(jì)算為
[0071]ZAfn = K.NNfn
[0072]其中K是將頻率fn下的校準(zhǔn)電路的響應(yīng)與這個(gè)頻率下的理想響應(yīng)關(guān)聯(lián)起來的復(fù)合縮放因數(shù)。
[0073]本發(fā)明的一些實(shí)施方式利用金屬靶之間的時(shí)間間隔(即，其間沒有金屬靶貼近電磁傳感器)，來校準(zhǔn)電磁傳感器。時(shí)間間隔通常是幾秒或更多，這發(fā)生在金屬生產(chǎn)過程中，例如熱軋，其是在每一個(gè)金屬扁坯、鋼坯或方坯上的軋制操作到諸如帶、板、中節(jié)、軌道、桿等的最終產(chǎn)品之間，如圖8所示。圖8示出了來自被布置為用來監(jiān)測(cè)從熱軋機(jī)中生產(chǎn)出的金屬靶的電磁傳感器400、500的輸出實(shí)例。參考數(shù)字810表示當(dāng)金屬靶貼近傳感器400、500出現(xiàn)時(shí)的輸出電平，而820表示當(dāng)金屬靶沒有貼近傳感器(即傳感器單元位于在連續(xù)的金屬靶之間)時(shí)的輸出電平，并且其輸出比較低。已認(rèn)識(shí)到，金屬靶之間的時(shí)間間隔820在某些實(shí)施方式中可以出現(xiàn)機(jī)會(huì)，以將一個(gè)或多個(gè)已知的輸入條件施加到傳感器單元來校準(zhǔn)該傳感器單元。預(yù)定的閾值水平830可被控制單元600用于確定什么時(shí)候金屬靶沒有貼近傳感器。
[0074]為了校準(zhǔn)傳感器400、500，零(地)和預(yù)定的參考電平都被施加于傳感器單元400、500。在沒有金屬靶出現(xiàn)時(shí)，即沒有來自校準(zhǔn)線圈的輸出時(shí)，滾軋操作之間的時(shí)間間隔期間，零參考電平可以直接獲得。預(yù)定的參考電平與來自一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)線圈的輸出相對(duì)應(yīng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，這已經(jīng)通過將具有已知電磁特性的參考材料樣品放置為貼近傳感器單元而被實(shí)現(xiàn)。然而，例如在正由熱軋機(jī)生產(chǎn)的金屬靶之間，這難以或不便于在短時(shí)間內(nèi)或定期實(shí)現(xiàn)。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式，圖9示例了裝置900。裝置900被布置為確定金屬靶950的電磁特性的與時(shí)間相關(guān)的分布圖。特別地，裝置900可以被用于確定或監(jiān)測(cè)當(dāng)金屬靶950在熱生產(chǎn)過程例如熱軋后進(jìn)行冷卻時(shí)其電磁特性的演變。
[0076]裝置900包括多個(gè)電磁傳感器911、912、913…91n。每一個(gè)電磁傳感器911、912、913***91n如先前所描述的可以參考圖4或5。然而，值得注意的是，每一個(gè)電磁傳感器911、912、913…91n可以不包括傳感器單兀450, 550。也就是,本發(fā)明的一些實(shí)施方式中包括電磁傳感器，該電磁傳感器不包括校準(zhǔn)單元或電路，但是應(yīng)認(rèn)識(shí)到實(shí)施方式可以被設(shè)想成其包括校準(zhǔn)單元或電路。
[0077]系統(tǒng)900進(jìn)一步包括多個(gè)控制單元921、922、923、92n，每一個(gè)分別與用于確定各個(gè)電磁傳感器913*“91n對(duì)金屬祀的相響應(yīng)的各個(gè)電磁傳感器911、912、913*“91n相關(guān)?？刂茊卧梢苑謩e形成，即分別被布置為使每一個(gè)提供輸出給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，或可以被設(shè)置為如圖9所示，其中每一個(gè)控制單元是控制系統(tǒng)920的組成部件。當(dāng)聯(lián)合形成時(shí)，如圖9中所示，通過一些子系統(tǒng)的重利用，可能總體上減少組件的數(shù)量?？刂茊卧?21、922、923、92n可參考圖6被示出或描述。然而，每一個(gè)控制單元921、922、923、92n可以不包括用于控制校準(zhǔn)單元450、550的輸出。每一個(gè)控制單元921、922、923、92n可以包括一個(gè)或多個(gè)勵(lì)磁信號(hào)輸出和一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)信號(hào)輸入，用于當(dāng)貼近金屬祀時(shí)確定電磁傳感器的相位響應(yīng)。每一個(gè)控制單元921、922、923、92n被布置為使用各個(gè)電磁傳感器911、912、913…91n確定金屬靶的結(jié)構(gòu)變化。
[0078]電磁傳感器911、912、913吣9111被布置為經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)冷卻區(qū)域貼近金屬靶的路徑，這些上面已經(jīng)解釋。冷卻區(qū)域可以包括可控地冷卻金屬靶的裝置?？煽氐乩鋮s金屬靶的裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)用于向金屬靶施加流體例如空氣或其他的氣體或液體例如水或油的裝置。隨著金屬靶在軋制方向(圖10中示出)上的移動(dòng)，它移動(dòng)經(jīng)過第一個(gè)電磁傳感器911。響應(yīng)于由分別的控制單元921產(chǎn)生的勵(lì)磁信號(hào)，一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)信號(hào)被接收。勵(lì)磁信號(hào)包括多個(gè)頻率分量，這在圖10中示出，雖然這些多頻分量的存在和其數(shù)量是沒有限制的。第一控制單元921被布置為確定在勵(lì)磁信號(hào)的每一個(gè)頻率的電磁傳感器的相位響應(yīng)。相似地，隨著金屬靶行進(jìn)經(jīng)過第二、第三和第四電磁傳感器912、913、914中的每一個(gè)，各個(gè)控制單元被布置為確定勵(lì)磁信號(hào)的每個(gè)頻率處的傳感器響應(yīng)及相關(guān)的相位響應(yīng)，如圖10所示。
[0079]由圖10可以看出，雖然每個(gè)傳感器的相位圖只是示例，并且不是按照比例繪制，四個(gè)示例的相量逐漸地順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，指示出冷卻時(shí)的金屬靶的結(jié)構(gòu)的發(fā)展或演變。因此控制系統(tǒng)920實(shí)時(shí)確定金屬靶的結(jié)構(gòu)發(fā)展。基于所確定的發(fā)展速率，控制系統(tǒng)920可以被布置為輸出指示結(jié)構(gòu)發(fā)展的信號(hào)930給處理器控制器940，其被布置為控制金屬生產(chǎn)過程。信號(hào)可以指示金屬靶的結(jié)構(gòu)發(fā)展自預(yù)定的結(jié)構(gòu)發(fā)展速率的偏離，以便過程控制器940可改變生產(chǎn)過程的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，以使金屬靶的結(jié)構(gòu)發(fā)展最優(yōu)化。例如，如果信號(hào)930指示，作為冷卻結(jié)果，金屬靶的結(jié)構(gòu)的形成比期望的更快，過程控制器可以降低流向金屬靶的流體速度，例如降低來自以 上所述的出口 125的水流速度。用這種方法，金屬靶的冷卻可減慢到期望的速度。用這種方法，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)金屬靶的結(jié)構(gòu)變化，可以控制金屬靶的合成品質(zhì)。
[0080]從以上討論中認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的一些實(shí)施方式允許方便地校準(zhǔn)電磁傳感器。特別地，在一些實(shí)施方式中，校準(zhǔn)可以在金屬靶之間的自動(dòng)確定的周期內(nèi)實(shí)施。在一些實(shí)施方式中，電磁傳感器陣列用于確定金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)的演變。通過這樣的監(jiān)測(cè)，金屬靶的特性被控制。
[0081]應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的實(shí)施方式能夠以硬件、軟件或硬件和軟件組合的形式來實(shí)現(xiàn)。任何這樣的軟件可被存儲(chǔ)成易失性或非易失性存儲(chǔ)形式，諸如ROM存儲(chǔ)器件(無論是否可擦除或可重寫);或存儲(chǔ)成內(nèi)存的形式，例如RAM、內(nèi)存芯片、器件或集成電路；或存儲(chǔ)在光學(xué)或磁可讀介質(zhì)上，例如，CD、DVD、磁盤或磁帶。將認(rèn)識(shí)到，存儲(chǔ)設(shè)備和存儲(chǔ)媒介是機(jī)器可讀存儲(chǔ)器的實(shí)施方式，其適合于儲(chǔ)存一個(gè)或多個(gè)程序，所述程序當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式。因此，實(shí)施方式提供了程序以及存儲(chǔ)這樣的程序的機(jī)器可讀存儲(chǔ)器，該程序包括用于執(zhí)行在之前的任何權(quán)利要求中要求權(quán)利的系統(tǒng)或方法的代碼。仍然進(jìn)一步，本發(fā)明的實(shí)施方式通過任何媒介例如通過有線或無線連接承載的通訊信號(hào)被電子傳遞，并且實(shí)施方式適當(dāng)?shù)匕嗤瑑?nèi)容。
[0082]本說明書(包括任何附隨的權(quán)利要求、摘要和附圖)中描述的所有的特征、和/或由此公開的方法或過程的所有步驟可以以任何組合形式被組合，除了其中至少一些這樣的特征和/或步驟是相互排斥的組合。
[0083]本說明書(包括任何附隨的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的每一個(gè)特征可以由起相同、等同或相似作用的替代特征所取代，除非另有明確規(guī)定。因此，除非另有明確規(guī)定，所公開的每個(gè)特征僅是通常的一系列等同或相似特征的一個(gè)示例。
[0084]本發(fā)明并沒有限于任何上述實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可以延伸到本說明書(包括任何附隨的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的特征的任何新穎的一個(gè)或任何新穎的組合，或延伸到由此公開的方法或過程的步驟的任何新穎的一個(gè)或任何新穎的組合。所述權(quán)利要求不應(yīng)該解釋為僅僅覆蓋上述的實(shí)施方式，而是覆蓋落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的任何實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁傳感器(400)，其用于檢測(cè)金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)，所述電磁傳感器包括: 磁性裝置(410、420)，其用于提供勵(lì)磁磁場(chǎng)； 磁力計(jì)(430 )，其用于檢測(cè)在金屬靶中引起的合成磁場(chǎng)；和 校準(zhǔn)電路(450、551、552、553、554)，其用于生成校準(zhǔn)磁場(chǎng)來校準(zhǔn)所述電磁傳感器，其中所述校準(zhǔn)參考磁場(chǎng)是由所述勵(lì)磁磁場(chǎng)在所述校準(zhǔn)電路中引起的電流產(chǎn)生的。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁傳感器，包括多個(gè)校準(zhǔn)電路(450、551、552、553、554)。
3.如權(quán)利要求2所述的電磁傳感器，其中所述多個(gè)校準(zhǔn)電路(450、551、552、553、554)中的每個(gè)校準(zhǔn)電路被布置成在相應(yīng)的頻率范圍產(chǎn)生所述校準(zhǔn)磁場(chǎng)。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的電磁傳感器，其中每個(gè)校準(zhǔn)電路(450、551、552、553、554)包括相應(yīng)的阻抗(453)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的電磁傳感器，其中所述校準(zhǔn)電路或所述多個(gè)校準(zhǔn)電路(450、551、552、553、554)中的一個(gè)或多個(gè)包括校準(zhǔn)線圈(451 )。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的電磁傳感器，其包括控制裝置(452)，用于選擇性地控制所述校準(zhǔn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的電磁傳感器，其中所述磁力計(jì)(430)是感應(yīng)檢測(cè)器線圈或霍爾傳感器。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的電磁傳感器，其包括磁芯(410)。
9.如權(quán)利要求8所述的電磁傳感器，其中所述磁芯(410)是U型的或H型的。
10.如權(quán)利要求8或9所述的電磁傳感器，其中所述磁力計(jì)(430)被布置為貼近所述磁芯(410)的磁極。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的電磁傳感器,其中所述磁性裝置包括一個(gè)或多個(gè)勵(lì)磁線圈。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的電磁傳感器，包括: 控制單元(600、610)，其被布置為確定校準(zhǔn)周期(820)，并在所述校準(zhǔn)周期期間選擇性地激活所述校準(zhǔn)電路。
13.如權(quán)利要求12所述的電磁傳感器，其中所述控制單元(600、610)被布置為基于從所述磁力計(jì)(430)輸出的檢測(cè)信號(hào)，確定所述校準(zhǔn)周期(820)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的電磁傳感器，其中所述控制單元(600、610)被布置為基于從所述磁力計(jì)(430)輸出的檢測(cè)信號(hào)和預(yù)定的參考電平，確定校準(zhǔn)周期。
15.如權(quán)利要求12所述的電磁傳感器，其中所述控制單元(600、610)包括用于接收來自生產(chǎn)設(shè)備的信號(hào)的輸入端，來自所述生產(chǎn)設(shè)備的所述信號(hào)指示金屬靶之間的周期(820)，其中所述控制單元被布置為基于其確定所述校準(zhǔn)周期。
16.如權(quán)利要求12到15中的任一項(xiàng)所述的電磁傳感器，其中所述控制單兀(600、610)被布置為選擇性地控制多個(gè)校準(zhǔn)電路(420、430、440、450 )。
17.如權(quán)利要求16所述的電磁傳感器，其中所述控制單元(600、610)被布置為使所述多個(gè)校準(zhǔn)電路(420、430、440、450 )中的每個(gè)校準(zhǔn)電路輸出相應(yīng)的頻率。
18.一種用于校準(zhǔn)電磁傳感器的方法，包括: 提供勵(lì)磁磁場(chǎng)； 使得校準(zhǔn)電路(450、551、552、553、554)輸出校準(zhǔn)磁場(chǎng)，其中所述校準(zhǔn)磁場(chǎng)是由所述勵(lì)磁磁場(chǎng)在所述校準(zhǔn)電路中引起的電流產(chǎn)生的； 在一個(gè)或多個(gè)磁力計(jì)(430)處接收合成磁場(chǎng)；和 基于所述合成磁場(chǎng)確定對(duì)所述電磁傳感器的校準(zhǔn)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述勵(lì)磁磁場(chǎng)包括多頻波形。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，包括使多個(gè)校準(zhǔn)電路(551、552、553、554)每個(gè)在相應(yīng)的頻率范圍輸出校準(zhǔn)磁場(chǎng)，并確定在每個(gè)相應(yīng)的頻率范圍對(duì)所述電磁傳感器的校準(zhǔn)。
21.如權(quán)利要求18、19或20中的任一項(xiàng)所述的方法,包括確定所述勵(lì)磁磁場(chǎng)和所述合成磁場(chǎng)之間的相位差。
22.如權(quán)利要求18到21中的任一項(xiàng)所述的方法，包括確定校準(zhǔn)周期(820)，并使所述校準(zhǔn)電路在所述校準(zhǔn)周期期間生成所述校準(zhǔn)磁場(chǎng)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述校準(zhǔn)周期(820)是金屬靶之間的周期。
24.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中所述校準(zhǔn)周期(820)根據(jù)來自所述一個(gè)或多個(gè)磁力計(jì)的輸出被確定。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述校準(zhǔn)周期(820)在沒有所述校準(zhǔn)磁場(chǎng)時(shí)基于來自所述一個(gè)或多個(gè)磁力計(jì)(430)的輸出被確定。
26.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中所述校準(zhǔn)周期(820)根據(jù)從生產(chǎn)過程接收的輸入被確定。
27.一種用于監(jiān)測(cè)金屬`靶的微觀結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，包括: 多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553、554 )，其用于輸出磁場(chǎng)、檢測(cè)合成磁場(chǎng)并響應(yīng)于其來輸出檢測(cè)信號(hào)，其中由每個(gè)所述電磁傳感器輸出的勵(lì)磁信號(hào)是多頻波形；和 控制單元(600)，其被布置為從所述多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553.554)接收所述檢測(cè)信號(hào)，以對(duì)于所述多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553.554)中的每個(gè)電磁傳感器確定在形成所述多頻波形的多個(gè)頻率中的每個(gè)頻率處的所述輸出磁場(chǎng)和所述合成磁場(chǎng)之間的相位改變，并且基于所述相位改變確定所述多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553、554)處的金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553、554)被布置在所述金屬祀的移動(dòng)方向上。
29.如權(quán)利要求27或28所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553、554)在所述金屬靶的生產(chǎn)過程的冷卻區(qū)被間隔開。
30.如權(quán)利要求27到29中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元(600)被布置為確定所述金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)演變。
31.一種生產(chǎn)過程，其包括如權(quán)利要求27到30中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元被布置為輸出指示所述金屬靶的相位轉(zhuǎn)變的信號(hào)，并且所述生產(chǎn)過程的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)響應(yīng)于其而被控制。
32.如權(quán)利要求31所述的生產(chǎn)過程，其中所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是用于冷卻所述金屬靶的過程的參數(shù)。
33.一種監(jiān)測(cè)金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)的方法，包括: 在多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553、554)輸出響應(yīng)于多頻波形產(chǎn)生的磁場(chǎng)； 檢測(cè)在所述多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553、554)處的合成磁場(chǎng)；確定在形成所述多頻波形的多個(gè)頻率中的每個(gè)頻率處所述合成磁場(chǎng)相對(duì)于所述輸出磁場(chǎng)的相位響應(yīng)；和 基于所述相位響應(yīng)確定在所述多個(gè)電磁傳感器(420、430、440、450、551、552、553、554)中的每個(gè)電磁傳感器處金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述微觀結(jié)構(gòu)還基于所述合成磁場(chǎng)相對(duì)于所述輸出磁場(chǎng)的強(qiáng)度被確定。
35.如權(quán)利要求33或34所述的方法，包括確定所述金屬靶的微觀結(jié)構(gòu)變化速率。
36.如權(quán)利要求33到34中的任一項(xiàng)所述的方法，包括響應(yīng)于所確定的微觀結(jié)構(gòu)改變生產(chǎn)過程的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包括所述金屬靶的冷卻參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N33/20GK103635798SQ201280031366
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月27日
【發(fā)明者】安東尼·約瑟夫·佩頓, 尹武良, 斯蒂芬·約翰·迪金森 申請(qǐng)人:曼徹斯特大學(xué)