новая папка / 4006405

4006405-Desc-ru var ctx = "/emtp"; The translation is almost like a human translation. The translation is understandable and actionable, with all critical information accurately transferred. Most parts of the text are well written using a language consistent with patent literature. The translation is understandable and actionable, with most critical information accurately transferred. Some parts of the text are well written using a language consistent with patent literature. The translation is understandable and actionable to some extent, with some critical information accurately transferred. The translation is not entirely understandable and actionable, with some critical information accurately transferred, but with significant stylistic or grammatical errors. The translation is absolutely not comprehensible or little information is accurately transferred. Please first refresh the page with "CTRL-F5". (Click on the translated text to submit corrections)

Patent Translate Powered by EPO and Google

French

German

  Albanian

Bulgarian

Croatian

Czech

Danish

Dutch

Estonian

Finnish

Greek

Hungarian

Icelandic

Italian

Latvian

Lithuanian

Macedonian

Norwegian

Polish

Portuguese

Romanian

Serbian

Slovak

Slovene

Spanish

Swedish

Turkish

  Chinese

Japanese

Korean

Russian

      PDF (only translation) PDF (original and translation)

Please help us to improve the translation quality. Your opinion on this translation: Human translation

Very good

Good

Acceptable

Rather bad

Very bad

Your reason for this translation: Overall information

Patent search

Patent examination

FAQ Help Legal notice Contact УведомлениеЭтот перевод сделан компьютером. Невозможно гарантировать, что он является ясным, точным, полным, верным или отвечает конкретным целям. Важные решения, такие как относящиеся к коммерции или финансовые решения, не должны основываться на продукте машинного перевода.

РћРџРРЎРђРќРР• РЗОБРЕТЕНРРЇ US4006405A[]

ПРЕДПОСЫЛКРСОЗДАНРРЇ РЗОБРЕТЕНРРЇ BACKGROUND OF THE INVENTION Настоящее изобретение относится Рє электромагнитным измерениям толщины РІ целом Рё, РІ частности, Рє усовершенствованному СЃРїРѕСЃРѕР±Сѓ Рё устройству для измерения толщины металлических листов. This invention relates to electromagnetic thickness measurements in general, and more particularly to an improved method and apparatus for measuring the thickness of metal sheets. Р’ данной области техники хорошо известно, что фаза электрического поля, возникающего РІ результате вихревых токов, индуцированных передатчиком РІ проводящем листе, будет иметь фазовое соотношение СЃ фазой передатчика, которое зависит РѕС‚ проводимости Рё толщины проводящего слоя. лист. РќР° РѕСЃРЅРѕРІРµ этого принципа были разработаны различные толщиномеры. Простейшие датчики, разработанные для этой цели, страдали РґРІСѓРјСЏ недостатками. Р’Рѕ-первых, РѕРЅРё работали только СЃ листами известной проводимости. РўРѕ есть, поскольку фазовый СЃРґРІРёРі является функцией как проводимости, так Рё толщины, необходимо знать проводимость, чтобы связать толщину Рё фазовый СЃРґРІРёРі. Р’Рѕ-вторых, эти датчики были чрезмерно чувствительны Рє расстоянию передающей Рё приемной катушек РѕС‚ измеряемого проводящего листа. РўРѕ есть фазовый СѓРіРѕР» менялся СЃ расстоянием. Таким образом, РѕРЅРё были нецелесообразны для измерения толщины листового металла РІ процессе его изготовления РёР·-Р·Р° значительных поперечных перемещений металлического листа, что делало невозможным поддержание постоянных расстояний между листом Рё передающей Рё приемной катушками. It is well known in the art that the phase of an electric field resulting from eddy currents induced in a conducting sheet by a transmitter will have a phase relationship to the phase of the transmitter which is a function of the conductivity and the thickness of the conducting sheet. Various thickness gauges have been developed based on this principle. The simplest gauges developed for this purpose suffered from two deficiencies. First, they were only operable with sheets of known conductivity. That is, since the phase shift is a function of both conductivity and thickness, conductivity needed to be known in order to relate thickness and phase shift. Secondly, these gauges were unduly sensitive to the distance of transmitting and receiving coils from the conducting sheet being gauged. That is, the phase angle varied with the distance. Thus, they were impractical for measuring thickness of sheet metal as it was being manufactured because of the considerable transverse movement of the metal sheet making it impossible to maintain constant distances between the sheet and transmitting and receiving coils. РљСЂРѕРјРµ того, РІ этом типе применения проводимость листа имеет тенденцию меняться, что еще больше усложняет проведение измерений. Furthermore, in this type of application, the conductivity of the sheet tends to vary thereby further adding to the difficulty of making measurements. Устройство Рё СЃРїРѕСЃРѕР± решения этой проблемы раскрыты РІ патенте РЎРЁРђ No. в„– 3 764 897. Р’ описанном там электромагнитном толщиномере зависимость РѕС‚ расстояния катушки РѕС‚ измеряемого листа устранена Р·Р° счет использования передающей катушки, сконструированной так, чтобы генерировать магнитное поле такой формы, что фазовый СѓРіРѕР» измеряемого поля РёР·-Р·Р° индуцированный вихревой ток практически РЅРµ зависит РѕС‚ расстояния между металлическим листом Рё катушкой. Чтобы преодолеть проблему проводимости, проводятся РґРІР° измерения вихревых токов, РІ которых фазовый СѓРіРѕР» изменяется РїРѕ-разному СЃ изменением толщины Рё проводимости. Таким образом, решая одновременные уравнения, относящиеся Рє этим РґРІСѓРј фазовым углам, можно определить как толщину, так Рё проводимость. Показан СЂСЏРґ вариантов осуществления, РІ каждом РёР· которых первое измерение выполняется РЅР° относительно РЅРёР·РєРѕР№ частоте, РіРґРµ фазовый СѓРіРѕР» пропорционален обратному произведению проводимости Рё толщины, Р° второе измерение выполняется РЅР° высокой частоте, РїСЂРё которой фазовый СѓРіРѕР» пропорциональна квадратному РєРѕСЂРЅСЋ РёР· проводимости. An apparatus and method for solving this problem is disclosed in U.S. Pat. No. 3,764,897. In the electromagnetic thickness gauge disclosed therein, dependence on the distance of the coil from the sheet being gauged is eliminated through the use of a transmitting coil designed so as to generate a magnetic field so shaped that the phase angle of the sensed field due to the induced eddy current is substantially invarient with the distance between the metal sheet and the coil. To overcome the problem of conductivity, two eddy current measurements in which the phase angle varies in a different manner with variation in thickness and conductivity are taken. Thus, by solving simultaneous equations relating to these two phase angles, it is possible to determine both thickness and conductivity. A number of embodiments are shown, each in which a first measurement is made at a relatively low frequency where the phase angle is proportional to the inverse of the product of the conductivity and thickness with a second measurement made at a high frequency which the phase angle proportional to the square root of the conductivity. Р’ каждом РёР· раскрытых Рё проиллюстрированных вариантов осуществления РїРѕ меньшей мере РѕРґРЅРѕ измерение представляет СЃРѕР±РѕР№ измерение отражательной способности. In each of the embodiments disclosed and illustrated, at least one measurement is a reflectance measurement. Хотя СЃРїРѕСЃРѕР± Рё устройство, описанные РІ нем, работают достаточно хорошо, РѕРЅРё имеют СЂСЏРґ недостатков, которые, хотя Рё РЅРµ являются принципиальными для его работы, имеют большое практическое значение. Р’ частности, требуемое отношение сигнал/шум очень трудно достичь РІРІРёРґСѓ следующего: Р°. необходимость балансировки сигналов РѕС‚ передатчика; Р±. требования Рє высоким значениям q для получения адекватного фазового СЃРґРІРёРіР°; c. требование достаточного расстояния между листом Рё преобразователем для обеспечения нормального флаттера Рё РґСЂСѓРіРёС… РґРѕРїСѓСЃРєРѕРІ РІ положении листа. РљСЂРѕРјРµ того, требуется специально разработанная катушка сложной конструкции. Р’РІРёРґСѓ этого становится СЏСЃРЅРѕ, что существует потребность РІ улучшенном СЃРїРѕСЃРѕР±Рµ Рё устройстве для измерения толщины, которые РЅРµ страдают этими недостатками. Although the method and apparatus described therein works quite well, it suffers from a number of deficiencies which although not fundamental to its operations are of great practical importance. In particular, the signal to noise ratio required is very difficult to achieve in view of the following:a. the necessity for balancing out signals from the transmitter;b. the requirements for high values of q to obtain adequate phase shift;c. the requirement for sufficient separation between the sheet and transducer to accomodate normal flutter and other tolerances in the sheet position. Furthermore, a specially designed coil of complex construction is required. In view of this, it is clear that there is need for an improved method and apparatus for making thickness measurement which does not suffer from these deficiencies. СУЩНОСТЬ РЗОБРЕТЕНРРЇ SUMMARY OF THE INVENTION Настоящее изобретение обеспечивает такие СЃРїРѕСЃРѕР± Рё устройство. Р’ нем используется двухчастотный РїРѕРґС…РѕРґ, аналогичный описанному РІ упомянутом выше патенте, РЅРѕ вместо измерения коэффициента отражения выполняются РґРІР° измерения пропускания. Это РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє нескольким важным Рё благоприятным последствиям, Р° именно: соотношение сигнал-шум очень хорошее Рё РЅРµ требует балансировки моста; b. поскольку расстояние между катушками передатчика Рё приемника является постоянным, конструкция, обеспечивающая постоянный параметр режима q РІ диапазоне разнесений, РЅРµ требуется, Рё можно использовать простые катушки; c. чувствительность СЃ точки зрения размера измеряемого угла хорошая; d. измерения РјРѕРіСѓС‚ проводиться РЅР° более РЅРёР·РєРёС… частотах; анде. этот метод может быть выполнен СЃРѕ значительно более РЅРёР·РєРёРјРё значениями q, чем это необходимо для измерения коэффициента отражения, Рё РІ результате РјРѕРіСѓС‚ использоваться гораздо большие катушки, расположенные дальше РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР°. The present invention provides such a method and apparatus. It makes use of a two frequency approach similar to that of the above cited patent but rather than using reflectance measurements, makes two transmission measurements. This results in several important and favorable consequences as follows:a. the signal to noise ratio is very good and is not subjected to the requirement of bridge balancing;b. since the distance between the transmitter and receiver coils is constant, a design providing a constant mode parameter q over a range of separations is not required and simple coils can be used;c. the sensitivity in terms of the size of the angle sensed is good;d. measurements may be taken at lower frequencies; ande. the method may be carried out with considerably lower values of q than are necessary for making reflectance measurements and as a result much larger coils spaced further apart can be used. Р’ самом широком смысле настоящее изобретение включает РІ себя выполнение фазовых измерений РЅР° РґРІСѓС… частотах СЃ использованием либо дублирующих наборов устройств, либо РѕРґРЅРѕРіРѕ устройства, включающего РІ себя средства для создания Рё разделения РґРІСѓС… частот. Поскольку взаимосвязь между проводимостью РїРѕ фазовому углу Рё толщиной различна РЅР° разных частотах, это позволяет решать РІРѕРїСЂРѕСЃС‹ толщины Рё проводимости совершенно общим СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј. Чтобы решение имело оптимальную сходимость, РѕРґРЅРѕ измерение желательно проводить РІ области или, РїРѕ крайней мере, вблизи области, РіРґРµ лист тонкий РїРѕ сравнению СЃ глубиной СЃРєРёРЅ-слоя вихревых токов, Р° РґСЂСѓРіРѕРµ измерение — РІ области, РіРґРµ толщина приближается Рє глубине СЃРєРёРЅ-слоя. In its broadest terms, the present invention comprises making phase measurements at two frequencies using either duplicate sets of apparatus or a single apparatus including means to produce and separate the two frequencies. Because the relationship between phase angle conductivity and thickness is different at different frequencies, this permits solving in a completely general way for thickness and conductivity. For a solution to have optimum convergence, one measurement should preferably be made in or at least near a region where the sheet is thin compared to the skin depth of the eddy currents and the other measurement in a region where the thickness approaches the skin depth. Хотя настоящее изобретение можно реализовать РЅР° практике, используя постоянные частоты Рё измеряя фазовый СѓРіРѕР», предпочтительно, чтобы были установлены предварительно определенные значения фазового угла, Р° затем частоты варьировались для получения этих фазовых углов. Реализовать СЃРїРѕСЃРѕР± РїРѕ настоящему изобретению становится особенно просто, если РѕРґРёРЅ фазовый СѓРіРѕР» выбран равным 90o, Р° второй фазовый СѓРіРѕР» выбран около 16o. РџСЂРё таком расположении толщина может быть получена РёР· отношения результирующих частот РІ соответствии СЃ приведенными ниже уравнениями, РіРґРµ l - толщина, Р° В±СЃРёРіРјР°. проводимость.l = 3 omega.2@ 2 (omega.1@ 2 q tan @2 .phi.2), .СЃРёРіРјР°. = (2.omega.1@ 2 q@2 tan@3 .phi.2 ) / (3.omega.2@ 3 .mu.o) Although the present invention can be practiced by using constant frequencies and measuring phase angle it is preferred that predetermined phase angle values be established and the frequencies then varied to obtain these phase angles. It becomes particularly simple to implement the method of the present invention if one phase angle is selected as 90 DEG and a second phase angle selected near 16 DEG. With this arrangement, thickness can be derived from the ratio of the resulting frequencies in accordance with the equations below where l is thickness and .sigma. is conductivity.l = 3.omega.2@ 2 (.omega.1@ 2 q tan @2 .phi.2),.sigma. = (2.omega.1@ 2 q@2 tan@3 .phi.2 ) / (3.omega.2@ 3 .mu.o) Р’ этих уравнениях omega.1 представляет СЃРѕР±РѕР№ частоту, для которой фазовый отставание передаваемого сигнала имеет первое заданное значение 90o, omega.2 представляет СЃРѕР±РѕР№ частоту, для которой передаваемый фазовый СѓРіРѕР» имеет второе заданное значение около 16o, Рё q - параметр эффективной РјРѕРґС‹, РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ описанный РІ упомянутых выше ссылках РЅР° патенты РЎРЁРђ, Р° РјСЋРѕ - проницаемость СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРіРѕ пространства. Как будет РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ описано ниже, q можно определить экспериментально РїРѕ наклону амплитуды отклика РІ зависимости РѕС‚ расстояния между катушками РїСЂРё используемом расстоянии между катушками. In these equations, .omega.1 is the frequency for which the transmitted phase lag has a first predetermined value of 90 DEG, .omega.2 is the frequency for which the transmitted phase angle has the second predetermined value near 16 DEG, and q is the effective mode parameter described in detail in the above references U.S. patents and .mu.o is the permeability of free space. As will be disclosed in detail below, q may be determined experimentally from the slope of the response magnitude versus distance between coils at the coil separation used. Проиллюстрирован первый вариант осуществления, РІ котором система работает РІ режиме разомкнутого контура Рё выполняется точное измерение фазы. Р’ этом варианте осуществления осциллятор через соответствующие драйверы РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ РІ действие передающую катушку, чтобы индуцировать вихревые токи РІ измеряемом листе, Рё приемную катушку, выполненную РІ качестве приемника. Сравнивается фаза передатчика Рё фаза приемника, чтобы определить фазовый СЃРґРІРёРі, вызванный вихревыми токами. РџСЂРё попеременной работе РїСЂРёР±РѕСЂР° РЅР° разных частотах выполняются РґРІР° необходимых измерения. A first embodiment in which the system is operated in an open loop manner and precision phase measurement made is illustrated. In this embodiment, an oscillator through appropriate drivers drives a transmitting coil to induce eddy currents in the sheet being gauged and a pickup coil provided as a receiver. Comparison is made between the transmitter phase and the receiver phase to determine the phase shift caused by the eddy currents. By alternately operating the apparatus at different frequencies the two required measurements are made. Р’ предпочтительном варианте осуществления предусмотрен автоколебательный контур, работающий РЅР° частоте, для которой фазовый СЃРґРІРёРі РІРѕРєСЂСѓРі контура равен нулю. Р’ этом варианте осуществления передатчик управляется драйвером катушки, имеющим РІС…РѕРґ РѕС‚ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ усилителя, который имеет РІ качестве РІС…РѕРґР° выход предварительного усилителя, связанного СЃ приемной катушкой. Р’ общих чертах, фазовый СЃРґРІРёРі обеспечивается внутри петли, так что петля будет регулироваться РґРѕ тех РїРѕСЂ, РїРѕРєР° фазовый СЃРґРІРёРі, вызванный листом, просто РЅРµ отменит фазовый СЃРґРІРёРі, заданный РІ петле. РџСЂРёСЂРѕРґР° устройства такова, что, РєРѕРіРґР° между передатчиком Рё приемником нет листа, напряжение, улавливаемое приемной катушкой, будет находиться РІ квадратуре РїРѕ времени СЃ входным напряжением. Точнее, РѕРЅ будет опережать РЅР° 90 градусов. Без введения дополнительного фазового СЃРґРІРёРіР° РІ контур Рё СЃРѕ вставленным металлическим листом отставание РЅР° 90 градусов РЅР° определенной частоте приведет Рє общему нулевому фазовому СЃРґРІРёРіСѓ. Таким образом, петля будет колебаться СЃ частотой, соответствующей фазовому СЃРґРІРёРіСѓ РЅР° 90В°, С‚. Рµ. отставанию РЅР° 90В°, вызванному калибровкой листа. In the preferred embodiment, a self-oscillating circuit which operates at a frequency for which the phase shift around the loop is zero is provided. In this embodiment, the transmitter is driven by a coil driver having an input from a main amplifier which has for its input the output of a preamplifier associated with the receiving coil. In general terms, a phase shift is provided within the loop so that the loop will adjust itself until the phase shift caused by the sheet just cancels the phase shift preset into the loop. The nature of the apparatus is such that with no sheet interposed between the transmitter and receiver, the voltage picked up by the pick-up coil will be in time quadrature with the input voltage. More specifically, it will lead by 90 DEG. With no additional phase shift introduced into the loop and with a metal sheet inserted, a 90 DEG lag at a particular frequency will result in an overall zero phase shift. Thus, the loop will oscillate at a frequency corresponding to a 90 DEG phase shift, i.e., a 90 DEG lag caused by the sheet being gauged. Если для второго измерения желателен фазовый СЃРґРІРёРі, например СЃРґРІРёРі фазы 16o или отставание 16o, отмеченное выше, то РІ контур необходимо ввести дополнительное отставание, С‚. Рµ. РІ данном примере отставание 74o. РџСЂРё таком отставании РІ контуре частота будет такой, РїСЂРё которой замеряемый лист РІРЅРѕСЃРёС‚ отставание РїРѕ фазе РЅР° 16o. Таким образом, можно простым СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј определить РґРІРµ частоты Рё использовать РёС… РІ приведенных выше уравнениях для определения толщины Рё проводимости. If for the second measurement a phase shift, for example, the 16 DEG phase shift or 16 DEG lag noted above is desired, then an additional lag must be introduced into the loop, i.e., in this example a 74 DEG lag. With such a lag in the loop the frequency will then be that frequency at which a 16 DEG phase shift lag is introduced by the sheet being gauged. Thus, in a simple manner, two frequencies may be determined and used in the above equations to determine thickness and conductivity. Различные детали используемых схем раскрываются вместе СЃ методами калибровки Рё альтернативными вариантами осуществления изобретения. Various details of the circuits used are disclosed along with calibration methods and alternate embodiments of the invention. РљР РђРўРљРћР• РћРџРРЎРђРќРР• Р РРЎРЈРќРљРћР’ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS РРќР–РР . 1 представляет СЃРѕР±РѕР№ блок-схему системы согласно настоящему изобретению, выполняющей фазовые измерения без обратной СЃРІСЏР·Рё. FIG. 1 is a block-schematic diagram of a system according to the present invention making open loop phase measurements. РРќР–РР . 2 представляет СЃРѕР±РѕР№ аналогичную схему, иллюстрирующую систему фазового СЃРґРІРёРіР° СЃ обратной СЃРІСЏР·СЊСЋ. FIG. 2 is a similar diagram illustrating a closed loop phase shift system. РРќР–РР . 3 представляет СЃРѕР±РѕР№ схематическое изображение возбудителя катушки, показанного РЅР° фиг. 2. FIG. 3 is a schematic diagram of the coil driver of FIG. 2. РРќР–РР . 4 представляет СЃРѕР±РѕР№ блок-схему предварительного усилителя РїРѕ фиг. 2. FIG. 4 is a schematic diagram of the preamplifier of FIG. 2. РРќР–РР . 5 представляет СЃРѕР±РѕР№ блок-схему автоматической регулировки усиления РїРѕ фиг. 2. FIG. 5 is a schematic diagram of the automatic gain control of FIG. 2. РРќР–РР . 6 представляет СЃРѕР±РѕР№ принципиальную схему РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ усилителя РїРѕ фиг. 2. FIG. 6 is a schematic diagram of the main amplifier of FIG. 2. ПОДРОБНОЕ РћРџРРЎРђРќРР• ПРЕДПОЧТРТЕЛЬНОГО Р’РђР РРђРќРўРђ ВОПЛОЩЕНРРЇ DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Упомянутый выше патент РЎРЁРђ РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ описывает РѕСЃРЅРѕРІРЅСѓСЋ теорию воздействия вихревых токов РЅР° сигналы, отраженные РѕС‚ проводящего листа Рё переданные через него. Теория, РЅР° которой основано настоящее изобретение, идентична. Для более полного понимания настоящего изобретения будет дано краткое изложение этой теории. The above referenced U.S. patent goes into some detail regarding the basic theory of the effects of eddy currents on signals reflected from and transmitted through a conducting sheet. The theory on which the present invention is based is identical. For a fuller understanding of the present invention, a summary of that theory will now be given. Решение уравнения Максвелла РІ цилиндрических координатах z, r Рё l показывает, что магнитное поле передатчика, симметричное относительно РѕСЃРё z, может быть выражено как СЃСѓРјРјР° одномодовых полей. Р’ частности, для РѕРґРЅРѕРјРѕРґРѕРІРѕР№ компоненты z, параметр разделения которой равен q, магнитное поле РїСЂРё r=0 определяется выражением: H = Ho exp (j.omega.t)exp(-qz), (1) A solution of Maxwell's equation in cylindrical coordinates, z, r, and l, shows that the magnetic field of a transmitter which is symmetrical around the z axis can be expressed as a summation of single-mode fields. In particular, for the single-mode z component whose separation parameter is q, the magnetic field for r=0 is given by:H = Ho exp (j.omega.t)exp(-qz), (1) РіРґРµ .омега. — угловая частота возбуждения передатчика, Р° Ho Рё H — комплексные амплитуды одиночной РјРѕРґС‹ РІ передатчике Рё РЅР° расстоянии z. where .omega. is the angular frequency of the transmitter excitation, and Ho and H are the complex amplitudes of the single mode at the transmitter and at a distance z away. Решение также показывает, что для листа толщиной l проводимость Пѓ Рё относительная проницаемость Ој. = 1, комплексный коэффициент отражения R Рё комплексный коэффициент пропускания T задаются формулами ##EQU1## Рё ##EQU2##, РіРґРµ, .alpha. = Оі/(2q), ОІ. = 1/(4.альфа.).гамма. = +(q@2 +jQ@2)@1/2,q@2 = .omega..mu.0 .sigma..mu. , Р° проницаемость СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРіРѕ пространства.РјСЋ.Рѕ = 4.РїРё..С….10@@-7 генри/метр. The solution also shows that for a sheet of thickness l, conductivity .sigma., and relative permeability .mu. = 1, the complex reflectivity R and complex transmissivity T are given by ##EQU1## and ##EQU2## where,.alpha. = .gamma./(2q), .beta. = 1/(4.alpha.).gamma. = +(q@2 +jQ@2)@1/2,q@2 = .omega..mu.0 .sigma..mu. , and the permeability of free space.mu.o = 4.pi..times.10@@-7 henry/meter. Для измерений отражения требуются одномодовые передатчики Рё приемники. Р’ этих измерениях сигнал измеряется приемной катушкой, расположенной РЅР° передатчике. Если лист находится РЅР° расстоянии zS, то для каждой РјРѕРґС‹ датчик воспринимает магнитное поле HR, определяемое РёР· уравнения (1) как HR = RHo exp(j.omega.t)exp(-2qzS). (4) For the reflection measurements single mode transmitters and receivers are required. In these measurements the signal is measured by a pick-up coil arrangement located at the transmitter. If the sheet is at a distance zS away, then for each mode the pick-up senses a magnetic field HR given from equation (1) byHR = RHo exp(j.omega.t)exp(-2qzS). (4) уравнение (2) показывает, что фаза коэффициента отражения зависит РѕС‚ значения РѕРґРЅРѕРјРѕРґРѕРІРѕРіРѕ параметра q, Р° уравнение (4) показывает, что затухание сигнала РІ СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРј пространстве зависит как РѕС‚ q, так Рё РѕС‚ положения листа zS. Следовательно, если присутствует более РѕРґРЅРѕР№ РјРѕРґС‹, фаза результирующего сигнала, полученная путем суммирования всех РјРѕРґ, должна изменяться РїСЂРё каждом перемещении листа. equation (2) shows that the phase of the reflectivity depends on the value of the single-mode parameter q and equation (4) shows that the free-spaced attenuation of the signal depends on both q and the sheet position zS. If more than one mode is present the phase of the resultant signal, given by summing over all modes, must therefore change whenever the sheet is moved. Рменно РїРѕ этой причине необходимо использовать одномодовые преобразователи, чтобы предотвратить влияние флаттера листа РЅР° измерение фазового угла отражения. Как описано ниже, одномодовые РїСЂРѕР±РЅРёРєРё РЅРµ требуются для фазовых измерений передаваемых сигналов. It is for this reason that single-mode probes must be used to prevent sheet flutter from affecting the measurement of the reflectance phase angle. As described below single-mode probes are not so required for phase measurements with transmitted signals. Для измерения передачи приемная катушка располагается РЅР° расстоянии zT РѕС‚ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны листа. Компонента РѕРґРЅРѕРјРѕРґРѕРІРѕРіРѕ магнитного поля HT РЅР° приемной катушке равна HT = THO exp(j.omega.t)exp[-2q(zS +zT)]. (5) For the transmission measurements a receiver coil is located at a distance zT away from the other side of the sheet. The single mode magnetic field component HT at the pick-up coil isHT =THo exp(j.omega.t)exp[-2q(zS +zT)]. (5) поскольку zS +zT равно расстоянию между передатчиком Рё приемником Р·Р° вычетом толщины листа l, теперь РѕРЅРѕ остается постоянным РїСЂРё смещении листа. Следовательно, коэффициент затухания exp [-2q(zS +zT)] больше РЅРµ зависит РѕС‚ положения листа, Рё амплитуда Рё фаза РѕРґРЅРѕРјРѕРґРѕРІРѕРіРѕ сигнала приемника HT теперь Р±СѓРґСѓС‚ оставаться постоянными РїСЂРё смещении листа. Поскольку эта независимость должна существовать для любой РґСЂСѓРіРѕР№ РјРѕРґС‹, определяемой РґСЂСѓРіРёРј значением q, РѕРЅР° также должна существовать РІ отношении амплитуды Рё фазы общего сигнала приемника, полученного РІ результате суммирования этих ортогональных РјРѕРґ. since zS +zT equals the transmitter-receiver spacing minus the sheet thickness l, it now remains constant when the sheet is displaced. Consequently, the attenuation factor, exp [-2q(zS +zT)] no longer depends on sheet position, and both the amplitude and phase of the single-mode receiver signal HT will now remain constant when the sheet is displaced. Since this independence must exist for any other mode defined by a different value of q it must also exist as regards the amplitude and phase of the total receiver signal resulting from the summation over these orthogonal modes. Таким образом, измерения пропускания РјРѕРіСѓС‚ выполняться РІ многомодовых полях, Рё результирующее определение толщины Рё проводимости РЅРµ будет зависеть РѕС‚ положения листа между передатчиком Рё приемником. Р’ результате передатчик Рё приемник РјРѕРіСѓС‚ быть одинарными катушками. Больше нет необходимости РІ массивах катушек, необходимых для измерения отражения. Transmission measurements can therefore be performed in multi-mode fields and the resulting determination of thickness and conductivity will be independent of the location of the sheet between the transmitter and receiver. As a result the transmitter and receiver can be single coils. There is no longer a need for the coil arrays necessary in the reflection measurements. Строгое теоретическое описание работы РІ многомодовых полях потребовало Р±С‹ суммирования одномодовых компонентов, описанных выше, РїРѕ спектру значений параметров РјРѕРґС‹, определяемых анализом магнитного поля, создаваемого передающей катушкой, Рё эффективного поля РІ приемной катушке. Однако вместо этого предполагается, что одномодовые уравнения останутся РІ силе, если эффективное значение параметра РјРѕРґС‹ q может быть определено либо путем калибровки, либо РґСЂСѓРіРёРјРё способами. Ниже будет РІРёРґРЅРѕ, что это упрощение дает отличный инструмент для анализа измерений. A rigorous theoretical description of the operation in multi-mode fields would require summing the single mode components described above over a spectrum of mode parameter values determined by analysis of the magnetic field produced by transmitter coil and the effective field at the receiver coil. However, it will be assumed instead that the single mode equations will remain valid if an effective value of the mode parameter q can be determined either by calibration or other means. It will be seen below that this simplification provides an excellent tool for analyzing the measurements. Определение толщины Рё проводимости РїРѕ измерениям коэффициента пропускания можно упростить, используя точное приближение вместо уравнения (5) для определения фазового угла коэффициента пропускания .phi. T. Это приближение основано РЅР° разложении РІ СЂСЏРґ для tanh x Рё tan x. Вывод показывает, что там, РіРґРµ .phi. T ' - это приблизительное отставание РїРѕ фазе, tan .phi. T' = 6l.omega..mu.o.sigma. (12q-1@3 омега. @2 .mu.o@ 2 .СЃРёРіРјР°. @2)@@-1 . (6) The determination of thickness and conductivity from transmissivity measurements can be simplified by using an accurate approximation, rather than equation (5), for determining the transmissivity phase angle .phi. T. This approximation is based on the series expansions for tanh x and tan x. Derivation shows that, where .phi. T ' is that approximate phase lag,tan .phi. T' = 6l.omega..mu.o .sigma. (12q-l@3 .omega. @2 .mu.o@ 2 .sigma. @2)@@-1 . (6) Сравнительные расчеты РїРѕ уравнению (6) Рё уравнению (3) показали, что значения, полученные для отставания РїРѕ фазе РЅР° частотах РѕС‚ 1 РґРѕ более чем 25 кГц, имеют вариации, которые СЃ практической точки зрения пренебрежимо малы. Comparative computations using equation (6) and equation (3) have shown that the values obtained for phase lag over frequencies from one to more than 25 kilohertz have variations which in practical terms are negligible. Рмея РІ РІРёРґСѓ РѕСЃРЅРѕРІРЅСѓСЋ теорию, описанную выше, теперь будет объяснена теория, РЅР° єРѕС‚РѕСЂРѕР№ основано устройство настоящего изобретения. With the basic theory described above in mind, the theory upon which the apparatus of the present invention is based will now be explained. Р’ уравнении (6) коэффициенты РґРІСѓС… частотно-зависимых членов являются различными функциями толщины Рё проводимости. Рзмерение отставания РїРѕ фазе РЅР° высокой частоте омега 1 подчеркнет зависимость .phi. T ' РЅР° l@2 o, РІ то время как РїСЂРё гораздо более РЅРёР·РєРѕР№ частоте omega 2 будет подчеркнута 1 sigma. товар. Фактическая процедура определения l Рё .sigma. РёР· таких измерений описано ниже. Здесь для иллюстрации метода будет использован упрощенный случай. In equation (6) the coefficients of the two frequency dependent terms are different functions of thickness and conductivity. A measurement of the phase lag at a high frequency .omega.1 will emphasize the dependence of .phi. T ' on l@2 .sigma., while that at a much lower frequency .omega.2 will emphasize the l.sigma. product. The actual procedure for determining l and .sigma. from such measurements is described below. Here a simplified case will be used to illustrate the method. Уравнение (6) показывает, что можно выбрать высокую частоту omega1 так, чтобы отставание РїРѕ фазе составляло 90o, что РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚, РєРѕРіРґР° . (7) Equation (6) shows that a high frequency .omega.1 can be chosen so that the phase lag is 90 DEG, which occurs when.omega.1@2 l@3 .mu.o@ 2 .sigma.@2 = 12q. (7) РќР° второй частоте П‰2, достаточно малой, чтобы П‰2@2 l@3 Ојo@2 Оі2 << 12q, At a second frequency .omega.2, small enough that.omega.2@2 l@3 .mu.o@2 .sigma.@2 << 12q, уравнение (6) показывает, что 2qtan.phi.2, (8) equation (6) shows that.omega.2 l.mu.o .sigma..about. 2qtan.phi.2, (8) РіРґРµ .phi.2 - соответственно меньшее отставание РїРѕ фазе. Решение уравнений (7) Рё (8) для l Рё .sigma. дает 1 = 3. омега. where .phi.2 is the correspondingly smaller phase lag. Solving equations (7) and (8) for l and .sigma. givesl = 3.omega. 2

@2 / (.omega.1@2 qtan@2 .phi.2), (9) @2 / (.omega.1@2 qtan@2 .phi.2), (9) Рё.СЃРёРіРјР°. = (2.omega.1@2q@2 tan@3.phi.2)/(3.omega.2@3.mu.o). (10) and.sigma. = (2.omega.1@2 q@2 tan@3 .phi.2)/(3.omega.2@3 .mu. o). (10) Существует РґРІР° основных СЃРїРѕСЃРѕР±Р° проведения требуемых измерений, Р° именно схема СЃ разомкнутой или замкнутой петлей. Р’ РѕР±РѕРёС… случаях можно использовать либо РґРІР° передатчика Рё РґРІР° приемника, чтобы обеспечить одновременные измерения РЅР° частотах 1 Рё 2, либо, альтернативно, РѕРґРёРЅ передатчик-приемник Рё подходящие фильтры. РРќР–РР . 1 иллюстрирует РІ РІРёРґРµ блок-схемы устройство передатчика Рё приемника для выполнения измерения фазы без обратной СЃРІСЏР·Рё. Показан РѕРґРёРЅ такой аппарат, который может работать попеременно РЅР° различных требуемых частотах или может быть дублирован, так что РѕР±Р° измерения РјРѕРіСѓС‚ быть выполнены одновременно. Устройство содержит генератор 11, выход которого соединен СЃ усилителем 13, управляющим передающей катушкой 15. Как показано, передатчик размещается РЅР° РѕРґРЅРѕР№ стороне листа 17 для калибровки, Р° приемная катушка 19 - РЅР° РґСЂСѓРіРѕР№ стороне. Сигнал, принимаемый катушкой звукоснимателя, подается РЅР° буферный усилитель 21. Выходной сигнал этого усилителя вместе СЃ выходным сигналом генератора 11 подается РЅР° прецизионный фазометр 23, РіРґРµ измеряется разность фазового угла. There are two basic arrangements for making the required measurements, namely, open or closed-loop circuitry. In both arrangements either two transmitters and two receivers in order to permit simultaneous measurements at the frequencies .omega.1 and .omega.2 or, alternatively, a single transmitter-receiver and suitable filters could be used. FIG. 1 illustrates in block diagram form a transmitter receiver arrangement for making open loop phase measurement. One such apparatus is shown which may be alternately operated at the different required frequencies or may be duplicated so that both measurements may be made at the same time. The apparatus comprises an oscillator 11 having its output coupled to an amplifier 13 driving a transmitter coil 15. As illustrated the transmitter is placed on one side of the sheet 17 to be gauged with a pickup coil 19 on the other side. The signal received by the pickup coil is provided to a buffer amplifier 21. The output of this amplifier along with the output of oscillator 11 are provided to a precision phase meter 23 where the phase angle difference is measured. Также показан частотомер 25. Р’ операционном устройстве такого типа частота генератора 11 регулируется РґРѕ тех РїРѕСЂ, РїРѕРєР° измеренный фазовый СѓРіРѕР» РЅРµ составит, например, 90o, Р° частота, РїСЂРё которой РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ этот фазовый СЃРґРІРёРі, будет получена РёР· счетчика частоты. РЎ помощью того же или отдельного идентичного устройства генератор настраивают для получения второго меньшего фазового угла, С‚.Рµ. отставания РїРѕ фазе, например, РѕС‚ 10 РґРѕ 20В°, Рё СЃРЅРѕРІР° получают частоту. Затем эту информацию можно использовать вместе СЃ данными калибровки для получения значений толщины Рё проводимости РІ соответствии СЃ приведенными выше уравнениями (9) Рё (10). Also shown is a frequency counter 25. In operating apparatus of this nature, the frequency of the oscillator 11 is adjusted until the measured phase angle is for example 90 DEG and the frequency at which this phase shift occurs obtained from the frequency counter. With the same or separate identical apparatus, the oscillator is adjusted to obtain a second smaller phase angle i.e., phase lag of for example, 10 DEG to 20 DEG and the frequency again obtained. This information may then be used along with calibration data to obtain values of thickness and conductivity in accordance with equations (9) and (10) above. Однако РІ предпочтительном варианте осуществления, вместо использования системы СЃ разомкнутым контуром, используется схема обратной СЃРІСЏР·Рё СЃ замкнутым контуром, такая как показанная РЅР° фиг. 2 используется. Здесь образец или лист 17 СЃРЅРѕРІР° помещают между передающей катушкой 15 Рё приемной катушкой 19. Передающая катушка приводится РІ действие драйвером катушки 27, который получает РІС…РѕРґРЅРѕР№ сигнал РѕС‚ главного усилителя 29. Р’С…РѕРґРЅРѕР№ сигнал для усилителя 29 поступает РѕС‚ схемы 31 автоматической регулировки усиления, РїСЂРё этом РІС…РѕРґ схемы автоматической регулировки усиления обеспечивается предусилителем 33, который соединен СЃ выходом приемной катушки 19. Без какого-либо фазового СЃРґРІРёРіР°, РІРЅРѕСЃРёРјРѕРіРѕ пробным листом 17, система, естественно, будет иметь опережение РїРѕ фазе РЅР° 90o. Р’ результате, если РІ петлю РЅРµ вводится дополнительный фазовый СЃРґРІРёРі, петля будет колебаться СЃ такой частотой, что фазовый СЃРґРІРёРі РІ петле равен 0. Для этого потребуется отставание РїРѕ фазе РЅР° 90 градусов, введенное образцом листа 17. Таким образом, первая частота, которая РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє отставанию РїРѕ фазе РЅР° 90o, вызванному измеряемым материалом, может быть достигнута простым СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј. In the preferred embodiment however, rather than using an open loop system, a closed loop feedback arrangement such as that shown in FIG. 2 is used. Here, the sample or sheet 17 is again placed between a transmitting coil 15 and a receiving coil 19. The transmitting coil is driven by a coil driver 27 which obtains its input from a main amplifier 29. The input to amplifier 29 is from an automatic gain control circuit 31 with the automatic gain control circuit input being provided by preamplifier 33 which is coupled to the output of the receiver coil 19. Without any phase shift introduced by a sample sheet 17, the system will of nature have a 90 DEG phase lead. As a result, if no further phase shift is introduced into the loop, the loop will oscillate at a frequency such that the phase shift through the loop is 0. This will require a 90 DEG phase lag introduced by the sample sheet 17. Thus, a first frequency which results in a 90 DEG phase lag caused by the material being gauged can be accomplished in a simple manner. Выход РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ усилителя 29, который будет РЅР° этой частоте, подается РЅР° буферный усилитель 35 Рё счетчик частоты 37, так что частота может быть получена РІ качестве выходного сигнала. Р’ проиллюстрированном варианте осуществления РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ усилитель снабжен переключателем 39, позволяющим включить РІ контур дополнительный фазовый СЃРґРІРёРі. Например, путем замыкания этого переключателя можно ввести отставание РїРѕ фазе РЅР° 74 градуса. Теперь Р·Р° счет фазового СЃРґРІРёРіР° РІ измеряемом листе должно быть компенсировано только 16o отставания РїРѕ фазе, Рё теперь система будет колебаться СЃ частотой, обеспечивающей такой фазовый СЃРґРІРёРі. Эта частота также может быть измерена счетчиком 37. Рмея эти РґРІРµ частоты Рё калибровочные данные, относящиеся Рє значению q Рё, возможно, фазовому углу П†2, толщину Рё проводимость можно получить РёР· уравнений (9) Рё (10). The output of the main amplifier 29 which will be at this frequency is provided to a buffer amplifier 35 to a frequency counter 37 so that frequency can be obtained as an output. In the illustrated embodiment, the main amplifier is provided with a switch 39 to permit switching into the loop an additional phase shift. For example, a phase lag of 74 DEG can be introduced through closing this switch. Now only 16 DEG of phase lag must be made up by a phase shift in the sheet being gauged, and the system will now oscillate at a frequency which provides such a phase shift. This frequency can then also be measured by the counter 37. With these two frequencies and calibration data relating to the value q and possibly the phase angle .phi.2 available, the thickness and conductivity can be obtained from equations (9) and (10). РћРґРЅРёРј РёР· важных требований Рє толщиномеру является использование катушек СЃ малой индуктивностью Рё распределенными емкостями, чтобы РёС… резонансные частоты были большими РїРѕ сравнению СЃ высшей частотой работы системы. Затем можно ввести высокочастотный спад для подавления колебаний замкнутого контура вблизи резонанса катушки без заметного влияния РЅР° фазовый СЃРґРІРёРі РЅР° рабочей частоте. Затем передающая катушка СЃ РЅРёР·РєРѕР№ индуктивностью должна управляться высоким уровнем тока, чтобы получить достаточное усиление замкнутого контура СЃ толстыми образцами Рё большим расстоянием между передатчиком Рё приемником. Катушки, используемые РІ этом РїСЂРёР±РѕСЂРµ, предпочтительно имеют резонансную частоту около 4 МГц. РћРЅРё РјРѕРіСѓС‚ быть одинаковыми, причем каждый, например, представляет СЃРѕР±РѕР№ плоскую спираль РёР· 55 витков ткани в„–32 Рё покрытую эмалью медную проволоку. Типичными размерами являются внешний диаметр 2 РґСЋР№РјР° Рё внутренний диаметр полдюйма. Деформацию можно предотвратить путем приклеивания каждой катушки Рє РѕРїРѕСЂРЅРѕР№ пластине РёР· люцита. Схема драйвера катушки показана РЅР° фиг. 3. One of the important requirements for the thickness gauge is the use of coils with low inductance and distributed capacities so that their resonant frequencies are large compared with the highest frequency of system operation. A high frequency roll off can then be introduced to suppress closed loop oscillation near the coil resonance without appreciably affecting the phase shift at the operating frequency. The low inductance transmitter coil must then be driven at a high current level in order to obtain sufficient closed loop gain with thick samples and large transmitter-receiver separation. Preferably the coils used in this instrumentation have resonant frequencies at about 4 MHz. They can be identical, with each, for example, a flat spiral of 55 turns of No. 32 cloth and enamel covered copper wire. Typical dimensions are an outside diameter of 2 inches and inside diameter of one-half inch. Deformation can be prevented by cementing each coil to a lucite backing plate. A schematic of the coil driver is illustrated on FIG. 3. Выход РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ усилителя подключен через конденсатор C1 Рє эмиттерному повторителю, включающему транзистор T1. Катушка 15 питается током коллектора транзистора T1 для обеспечения хорошей точности, С‚.Рµ. ток катушки, Р° РЅРµ напряжение управляется входным сигналом. Такой точный контроль тока подразумевается РІ приведенном выше анализе, который предсказывает, что измерение РЅРµ будет зависеть РѕС‚ положения образца. Без хорошего контроля тока РІ катушке вихревые токи РІ листе Р±СѓРґСѓС‚ вызывать зависящие РѕС‚ положения изменения РІ токе катушки передатчика Рё, следовательно, РІ магнитном поле HO, которое РІ приведенном выше анализе считалось постоянным. Как показано, остальная часть схемы возбуждения катушки содержит делитель напряжения, состоящий РёР· сопротивлений R1 Рё R2, пересекающих положительное Рё отрицательное напряжение, создающих смещение РЅР° РІС…РѕРґРµ базы транзистора T1 СЃ РґРІСѓРјСЏ параллельными эмиттерными резисторами R3 Рё R4, соединяющими эмиттер СЃ транзистором T1. отрицательное напряжение. Как показано, передающая катушка 15 соединена СЃ коллектором, Р° ее другая сторона соединена через резистор R5 Рё конденсатор C2 параллельно источнику положительного напряжения. The output from the main amplifier is coupled through a capacitor C1 into an emitter follower stage including transistor T1. The coil 15 is energized by the collector current of transistor T1 to insure good accuracy i.e. coil current rather than voltage is controlled by the input signal. Such precise current control is implied in the analysis above which predicts that measurement will be independent of sample position. Without good control of the current in the coil, the eddy currents in the sheet will induce position dependent changes in the transmitter coil current and hence in the magnetic field HO which was assumed constant in this analysis above. As illustrated, the remainder of the coil driver circuit comprises a voltage divider made up of resistances R1 and R2 across the positive and negative voltage establishing a bias at the base input to transistor T1 with two parallel emitter resistors R3 and R4 coupling the emitter to the negative voltage. As shown, the transmitting coil 15 is coupled to the collector with its other side coupled through a resistor R5 and capacitor C2 in parallel to the positive voltage supply. Рзлучатель также соединен через резистор R6 СЃ контрольной точкой. The emitter is also coupled through a resistor R6 to a monitor point. Эксперименты показали, что установка небольшого конденсаторР