Brevet FR2642171A1 — publié le 19900727

"Dispositif de mesure des paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement". L'invention concerne le domaine d'étude des propriétés des métaux et des alliages et, en particulier, les dispositifs de mesure de paramètres physiques et mécaniques de produits ferromagnétiques en mouvement. L'invention peut être utilisée pour le contrôle des propriétés physiques et mécaniques (par exemple, la dureté, la limite de résistance, l'allonge- ment relatif, la force coercitive, etc.) des tôles. L'utilisation la plus rationnelle de l'invention concerne le contrôle non destructif de paramètres physiques et mécaniques et de paramètres caractérisant le maintien du régime de traitement thermique de produits du laminage tels que des tôles d'acier durant la fabrication en sidérurgie. Il existe un dispositif de mesure de paramètres physiques et mécaniques de produits ferromagnétiques en mouvement dont le principe de fonctionnement est basé sur l'aimantation du produit à contrôler suivie de la lecture du champ d'aimantation résiduelle (GB, A, 1067764). Le dispositif comporte une tête magnétique d'aimantation pour une aimantation 33 impulsionnelle du produit à contrôler et une tête de lecture. La tête d'aimantation est alimentée par un générateur impulsionnel. La variation du signal due aux fluctuations de l'entrefer entre le produit à contrôler en mouvement et la tête de lecture est partiellement compensée aux frais de la modification de l'amplitude des impulsions d'aimantation obtenue à l'aide d'une contre-réaction réalisée sous la forme d'un enroulement d'effacement sur la tête d'aimantation. Cependant, le dispositif connu ne permet pas d'obtenir des résultats de contrôle fbles. Ceci s'explique par le fait que durant la mesure on ne porte pas le matériau à contrôler à l'état de saturation magnétique complète parce que la contre-réaction ne fonctionne pas à la saturation. L'instabilité du champ magnétique résiduel est le plus fortement ressentie au contrôle des produits dont l'épaisseur dépasse 4 mm. L'inconvénient du dispositif connu réside également dans le fait que l'affaiblissement de l'influence des !0 fluctuations de l'entrefer produit-tête de lecture ne peut être obtenue que dans une bande étroite lorsque le signal dû aux fluctuations de l'entrefer est notablement inférieur au signal portant l'information sur les propriétés mécaniques. Il existe également un dispositif de mesure de paramètres physiques et mécaniques de produits tels que des barres, bandes et profilés ferromagnétiques en mouvement qui permet d'aimanter le produit à contrôler en mouvement de deux côtés (SU, A, 587776). Ce dispositif comporte deux éléments d'aimantation, deux éléments magnétosensibles disposés dans un plan par paires et symétriquement par rapport à la direction de déplacement des produits, les sorties des éléments magnétosensibles étant branchées sur un enregistreur. Dans ce cas, le signal dégagé par une tâche magnétique portée par les éléments d'aimantation des deux côtés de l'article augmente dans l'élément magnétosensible vers lequel est dévié le produit en mouvement. En même 3 temps, le deuxième élément magnétosensible voit son signal diminuer respectivement, mais la somme des deux signaux reste constante. Grâce à une telle disposition des éléments on arrive à réduire l'influence des vibrations du produit à contrôler sur la précision de la mesure. Cependant, le domaine o l'on peut supprimer l'influence des écarts de l'article à contrôler par rapport au plan du laminage est fortement limité parce que la fonction de l'écart du produit est non linéaire. Le dispositif connu est également caractérisé par une précision insuffisante de mesure du fait qu'il ne tient pas compte des écarts du dispositif à contrôler sous un angle par rapport au plan du laminage. Outre cela, la précision de mesure des paramètres à contrôler est diminuée à cause de bruits dus à la dissipation des champs magnétiques des éléments d'aimantation. Il existe également un dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement qui permet de supprimer les inconvénients ci-énumérés et d'obtenir une plus haute précision de mesure des paramètres (DD,A, 251903). Le dispositif connu comporte deux éléments d'aimantation, deux éléments magnétosensibles disposés par paires et symétriquement 2 par rapport au plan de mouvement des produits, un générateur d'impulsions de courant relié aux éléments d'aimantation, un enregistreur. Outre cela, le dispositif comporte deux détecteurs de crête, deux blocs mémoires, un bloc de détermination de la moyenne géométrique des signaux et une horloge. La sortie de 2 l'horloge est reliée au générateur d'impulsions de courant et aux entrées de commande des blocs mémoires, la sortie de chaque élément magnétosensible est branchée, via le détecteur de crête correspondant et le bloc mémoire, sur l'une des entrées du bloc de détermination de la moyenne géométrique des signaux, et les entrées de mise à zéro des détecteurs de crête sont reliées au générateur d'impulsions de courant. Cependant, le dispositif considéré n'assure pas une précision suffisamment haute de mesure par suite de l'instabilité temporelle et thermique et de la non-linéarité des caractéristiques des éléments magnétosensibles. L'invention vise à créer un dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement dont le montage, grâce à l'introduction de nouveaux éléments et de leurs liaisons avec d'autres éléments du dispositif permettrait d'élever la stabilité temporelle et thermique et la linéarité des caractéristiques du dispositif, ainsi qu'élever son insensibilité aux champs magnétiques extérieurs, pour !0 obtenir une précision élevée et la stabilité des mesures en assurant ainsi une amélioration de la qualité de produits laminés dans les conditions des usines sidérurgiques en fonctionnement. Le problème posé est résolu du fait qu'un dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement qui comporte: mis en série, une horloge et un générateur d'impulsions de courant sur une entrée duquel deux éléments d'aimantation sont branchés disposés des deux côtés opposés du produit à contrôler; deux blocs mémoires dont les entrées de commande sont reliées à une première sortie de l'horloge et les sorties sont branchées sur l'entrée d'un bloc de mesure de la moyenne géométrique des signaux la sortie duquel est reliée à un enregistreur; deux circuits dont chacun comporte, mis en série, un élément magnétosensible et un détecteur de crête dont l'entrée de mise à zéro est reliée à une deuxième sortie du générateur d'impulsions de courant, les éléments magnétosensibles se disposant de deux côtés opposés du produit à contrôler, conformément à l'invention, est doté également de deux inverseurs, dont les entrées sont branchées sur les sorties des éléments magnétosensibles correspondants, et de deux circuits dont chacun est constitué de, mis en série, un intégrateur et, placée dans la zone de disposition de l'élément magnétosensible correspondant, une source étalon de champ magnétique dont la sortie est branchée sur l'entrée d'information du bloc mémoire correspondant, une première entrée d'information de l'intégrateur étant reliée à la sortie du détecteur de crête correspondant, une deuxième entrée d'information de l'intégrateur étant reliée à la sortie de l'inverseur correspondant et les entrées de mise à zéro des intégrateurs et les entrées de commande des détecteurs de crête étant branchées sur une deuxième sortie de l'horloge. Il est avantageux de choisir la période des impulsions de l'horloge en partant de la condition suivante: 2úi - V o J- est la distance entre la paire d'éléments d'aimantation et la paire d'éléments magnétosensibles; 2O V est la vitesse de déplacement du produit à contrôler; Test la période des impulsions de l'horloge. La réalisation du dispositif de -mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement selon l'invention assure l'élargissement de la gamme dynamique de mesure, l'élévation de la précision et de la stabilité des mesures grâce à la suppression l'influence de l'instabilité temporelle et thermique et de la non-linéarité des caractéristiques des éléments magnétosensibles sur les résultats des mesures. L'invention ressortira de la description qui suit d'un exemple concret de.son exécution schématisé sur les dessins annexés dont: - la figure 1 représente le schéma fonctionnel d'un dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement; - la figure 2 représente des diagrammes temporels de fonctionnement du dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement. Le dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement comporte des éléments magnétosensibles 1 et 2 disposés de deux côtés d'un produit à contrôler 3, une horloge 4 reliée à un générateur d'impulsions de courant 5 dont l'une des sorties est reliée à des éléments d'aimantation 6 et 7 disposés symétriquement des deux côtés du produit à contrôler 3, sur son trajet. Les éléments magnéto- sensibles 1 et 2 sont disposés également des deux côtés opposés de l'article à contrôler 3, à une certaine distance des éléments d'aimantation, suivant le trajet du produit à contrôler 3. Le sens du déplacement du produit à contrôler 3 est montré par la flèche A sur la figure 1. Les sorties des éléments magnétosensibles 1 et 2 sont branchées, par l'intermédiaire de détecteurs de crête 8 et 9, d'intégrateurs 10 et 11, de sources étalons de champ magnétique 12 et 13 et de blocs mémoires 14 et 15 correspondants, sur les entrées d'un bloc de mesure de la moyenne géométrique du signal 16 dont la sortie est reliée à un enregistreur 17. Les sources étalons de champ magnétique 12 et 13 sont installées dans la zone de disposition des éléments magnétosensibles respectifs. Les entrées de mise à zéro des détecteurs de crête 8 et 9 sont reliées au générateur d'impulsions de courant 5, les entrées de commande des blocs mémoires 14 et 15 sont reliées à la deuxième sortie de l'horloge 4. Des inverseurs 18 et 19 sont insérés entre les sorties des éléments magnétosensibles 1 et 2 respectifs et les deuxièmes entrées des inverseurs 10 et 11 respectifs. Les entrées de mise à zéro des integrateurs 10 et 11 et les entrées de commande des détecteurs de crête 8 et 9 sont branchées sur la -deuxième sortie de l'horloge 4. Sur la figure 2 sont représentés les diagrammes expliquant la séquence du passage des signaux dans les éléments principaux du dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement. Les références sur les diagrammes de la lO figure 2: 20, 21, 22 désignent les signaux de l'horloge dans les points respectifs de la figure 1; I est le courant passant par les éléments d'aimantation 6 et 7; Um est le signal de sortie des éléments magnétosensibles 1 et 2; Udc est le signal de sortie des détecteurs de crête 8 et 9; Usé est le signal de sortie des sources étalons de champ magnétique 12 et 13; Ubm est le signal de sortie des' blocs mémoires 14 et 15; UV est le signal de sortie du bloc 16 de mesure de la moyenne géométrique des signaux. Le dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement fonctionne de la façon suivante. L'horloge 4 forme à ses sorties 20 et 21, en fonction de la vitesse de déplacement du produit ferromagnétique à contrôler 3, des suites d'impulsions représentées sur la figure 2. L'impulsion fournie par la sortie 20 de l'horloge 4, -passe au générateur 33 d'impulsions de courant 5, par son flanc arrière, déclenche le générateur d'impulsions de courant 5, qui génère une impulsion de courant respective appliquée aux éléments d'aimantation 6 et 7 disposés symétri- quement des deux côtés du produit à contrôler 3. Dans ce cas, des deux côtés du produit ferromagnétique à contrôler 3 et sur ce dernier sont portées des marques magnétiques portant l'information sur ses propriétés mécaniques. Simultanément avec l'impulsion de courant passant par les éléments d'aimantation 6 et 7, la sortie 22 du générateur d'impulsions de courant 5 envoie sur les entrées de mise à zéro des détecteurs de $ crête 8 et 9 une impulsion qui les met à zéro. Dans l'intervalle de temps To à T1 (figure 2) o la sortie 21 de l'horloge 4 est à haut niveau, les intégrateurs et 11 sont mis à zéro et bloqués et les détecteurs de crête 8 et 9 sont en état de travail. Au déplacement du produit à contrôler 3 dans le sens à partir des éléments d'aimantation 6 et 7 vers les éléments magnétosensibles 1 et 2, disposés également des deux côtés du produit à contrôler 3, les marques magnétiques portées des deux côtés sur le produit 3 font dégager aux sorties des éléments magnétosensibles 1 et 2 les signaux proportionnels au gradient de la composante normale de l'intensité du champ d'aimantation résiduelle. Ces signaux sont détectés par les détecteurs de crête 8 et 9. Dans l'intervalle de temps T1 à T2, o la sortie 21 de l'horloge 4 est au niveau bas, les intégrateurs 10 et 11 se débloquent par les entrées de préréglage et les détecteurs de crête 8 et 9 sont mis, par les entrées de commande, en état dans lequel le signal d'entrée n'influe pas sur le signal de sortie des détecteurs, autrement dit, leur tension de sortie reste fixe au niveau du signal précédent détecté. La tension de sortie des détecteurs de crête 8 et 9 passe sur les premières entrées d'information des intégrateurs 10 et 11 respectifs et fait croître le signal de sortie de ces derniers. Les sources étalons de champ magnétique 12 et 13 créent dans les zones de disposition des éléments magnétosensibles 1 et 2 des 3 champs magnétiques dont le gradient de la composante normale est dirigé dans le même sens que le gradient de la composante normale de l'intensité du champ d'aimantation résiduelle. Les signaux de sortie des éléments magnétosensibles i et 2 passent pas les inverseurs 18 et 19 respectifs et attaquent les deuxièmes entrées d'information des intégrateurs 10 et 11 respectifs. Comme les coefficients de transfert des intégrateurs 10 et 11 sont très grands (de l'ordre de ) leurs tensions de sortie cessent de changer lorsque les signaux sur les deux entrées d'information !0 deviennent en pratique égaux en valeur absolue. Dans ce cas, le gradient de la composante normale du champ magnétique créée par les sources étalons de champ magnétique 12 et 13 est égal à la valeur d'amplitude du gradient de la composante normale de l'intensité du champ d'aimantation résiduelle parce que l'intervalle de temps T0-T1 est choisi de façon que les marques magnétiques portées des deux côtés du produit à contrôler 3 en mouvement aient le temps de quitter la zone de sensibilité des éléments magnétosensibles 1 et 2. Les signaux fournis par les sorties des sources étalons de champ magnétique 12 et 13 proportionnels au gradient de la composante normale du 2 champ magnétique créé par elles attaquent les entrées d'information des blocs mémoires 14 et 15 respectifs. Avec l'arrivée du flanc avant de l'impulsion suivante depuis la sortie 20 de l'horloge 4, il se produit les signaux de l'écriture des signaux de sortie des sources étalons 12 et 13 dans les blocs mémoires 14 et 15 respectifs. Les signaux de sortie des blocs mémoires 14 et 15 attaquent les entrées du bloc 16 de mesure de la moyenne géométrique des signaux dont le signal de sortie est-enregistré par l'enregistreur 17. Avec l'arrivée du flanc arrière de l'impulsion de la sortie 20 de l'horloge 4, le cycle de travail se répète. Suivant les indications de l'enregistreur 17, on juge des valeurs des paramètres caractérisant les propriétés mécaniques de l'article à contrôler 3. Comme l'information depuis la sortie des sources étalons des champ magnétique 12 et 13 est enregistrée, à l'arrivée du flanc avant de l'impulsion dégagée par la sortie 20 de l'horloge 4, dans les blocs mémoires 14 et 15 respectifs et que le générateur d'impulsions de courant 5 est déclenché par le flanc arrière de cette impulsion de l'horloge 4, l'enregistrement de l'information dans un bloc mémoire a toujours lieu avant le début de l'induction de la paire suivante de marques magnétiques sur le produit à contrôler 3. Au moment d'induction de ces marques, les détecteurs de crête 8 et 9 se trouvent bloqués parce que leurs entrées de préréglage reçoivent les impulsions produites par le générateur d'impulsions de courant 5 (figure 2). C'est pourquoi l'enregistrement du signal parasite apparaissant au moment d'induction des marques magnétiques sur l'article à contrôler 3 est exclu. La période des impulsions de l'horloge 4 est choisie à partir de la condition suivante: 2t une erreur dans les indications de l'enregistreur. Le dispositif selon l'invention est pratiquement insensible à l'influence des champs magnétiques permanents extérieurs parce que ces champs agissent sur les éléments magnétosensibles de la même façon aussi bien dans les intervalles de temps o a lieu la détection de la tâche magnétique portée sur l'article à contrôler que dans l'intervalle de temps o les sources étalons de champ magnétique 12 et 13 fonctionnent. La présence dans le dispositif de deux inverseurs, de deux circuits dont chacun comporte, mis en série, l'intégrateur 10, 11 et la source étalon 12, 13 de champ magnétique, liés dans un ordre déterminé aux autres éléments du dispositif, permet d'élever la précision et la stabilité des mesures et d'élargir leur gamme dynamique, parce que les éléments magnéto- sensibles selon l'invention sont utilisés pour déterminer l'égalité du gradient du champ d'aimantation résiduelle et du gradient de la composante normale du champ magnétique des sources étalons 12 et 13. Comme la durée de temps entre les mesures du gradient de la composante normale du champ magnétique des sources étalons est petite (fractions de seconde -à quelques secondes), les coefficients de transfert des éléments magnétiques ne changent pas durant ce temps. Donc, la précision et la stabilité de mesure sont définies par la précision de la comparaison, ainsi que par la stabilité dans le temps et la stabilité thermique des sources étalons, alors que la Iinéarité des mesures est définie par la linéarité des sources étalons. A un taux de transfert de la chaîne de mesure du dispositif de l'ordre de 105, l'erreur de mesure ne dépasse pas 0,01%. La stabilité des sources étalons, qui sont généralement des bobines sans noyau, est due à la constance de leurs dimensions géométriques variant peu avec le temps et sous l'action de la température. 0 Outre cela, le champ créé par ces sources et le gradient sont linéairement liés au courant circulant par la bobine. Les essais du prototype du dispositif ont démontré que l'erreur relative de mesure du gradient du champ d'aimantation résiduelle ne dépasse pas 1%. Ainsi, le dispositif proposé, grâce à l'élévation de la stabilité temporelle et thermique et de la linéarité des caractéristiques, ainsi qu'à la stabilité du dispositif par rapport à l'influence des 2_ champs magnétiques extérieurs, permet d'améliorer la fiabilité et la stabilité des mesures, d'élargir la gamme dynamique de mesure ce qui assure une amélioration de la qualité du produit de laminage à la réalisation de l'invention dans les conditions des usines métallurgiques en fonctionnement. Les références sur les dessins désignent: 1, 2: les éléments magnétosensibles destinés à convertir le gradient de la composante normale du champ magnétique en un signal électrique. En tant 33 qu'éléments magnétosensibles on peut utiliser des ferrosondes, des cellules de Hall, les magnéto- résistances et d'autres éléments avec systèmes d'alimentation respectifs et de dégagement du signal informatif sous forme voulue; 3: le produit à contrôler; 4: l'horloge servant à synchroniser le fonctionnement du dispositif et de ses parties constitutives, peut être réalisée par exemple, avec utilisation de la fréquence du secteur d'alimentation et de circuits échelles logiques ou d'un générateur piloté et de circuits échelles logiques; : le générateur d'impulsions de courant, destiné à produire les impulsions de courant dans les éléments d'aimantation, réalisé sous la forme d'un dispositif de charge et de décharge dont l'accumulateur d'énergie est un condensateur; 6, 7: les éléments d'aimantation servant à créer un champ magnétique impulsionnel induisant les marques magnétiques sur l'article à contrôler. Ils sont réalisés sous la forme de solénoides; 8, 9: les détecteurs de crête servant à détecter les signaux des éléments magnétosensibles. Les détecteurs de crête ont des entrées de remise au zéro (entrées de mise à l'état) et des entrées de commande- par l'intermédiaire desquelles le changement du signal de sortie du détecteur est interdit. Une telle entrée dans le cas le plus simple peut être l'entrée d'un commutateur électronique mis en série avec une diode détectrice; , 11: les intégrateurs servant à maintenir 2 la condition de l'égalité du gradient mesuré du champ magnétique et du gradient du champ magnétique créé par les sources; étalons de champs magnétique. Chaque intégrateur a deux entrées d'information et une entrée de mise à zéro. Les intégrateurs sont réalisés conformément au montage de l'intégrateur de Miller avec un condensateur dans le circuit de contre-réaction d'un amplificateur opérationnel; - -12, 13: les sources étalons de champ magnétique servant à créer le gradient de la composante normale du champ magnétique dans la zone de disposition des éléments magnétosensibles et sont constitués, par exemple, sous forme des anneaux de Maxwell et une résistance mis en série. L'entrée d'une telle source est la borne libre des anneaux de Maxwell et la sortie, le point de connexion de la résistance à la deuxième borne des anneaux. La deuxième borne de la résistance est branchée sur un conducteur- commun. Le signal prélevé sur la résistance est proportionnel au courant circulant par les anneaux de Maxwell et, par conséquent, au gradient du champ magnétique créé par 1 eux; 14, 15: les blocs mémoires servant à mémoriser le signal de sortie. Chaque bloc mémoire a une entrée d'information et une entrée de commande. 16: le bloc de miesure de la moyenne géométrique sert à calculer la moyenne géométrique des signaux de sortie des blocs mémoires et se présente sous la forme d'un dispositif calculateur pouvant être tant analogique que numérique, par exemple, utiliser des microprocesseurs; 23 17: l'enregistreur servant à visualiser et à fixer les résultats des mesures. On peut utiliser un autoscripteur, un voltmètre numérique et d'autres éléments; 18, 19: les inverseurs servent à inverser les signaux de sortie des éléments magnétosensibles, sont réalisés avec utilisation des amplificateurs opérationnels de n'importe quel montage standard. REVENDICATIONS. 1) Dispositif de mesure de paramètres de produits ferromagnétiques en mouvement qui comporte, mis en série, une horloge (4) et un générateur d'impulsions de courant (5) sur une des sorties duquel sont branchés deux éléments d'aimantation (6, 7) disposés des deux côtés d'un produit à contrôler (3), deux blocs mémoires (14, 15) dont les entrées de commande sont reliées à une première sortie de l'horloge (4) et les sorties sont branchées sur l'entrée d'un bloc de mesure de la moyenne géométrique (16) dont la sortie est branchée sur un enregistreur (17), deux circuits, chacun comportant, mis en série, un élément magnétosensible (1, 2) et un détecteur de crête (8, 9) dont l'entrée de mise à zéro est reliée à une deuxième sortie du générateur d'impulsions de courant (5), les éléments magnétosensibles (1, 2) se disposant des deux côtés opposés du produit à contrôler (3) caractérisé en ce qu'il comporte également deux inverseurs (18, 19) dont les entrées sont branchées sur les sorties des éléments magnétosensibles (1, 2) respectifs, et deux circuits, chacun comportant, mis en série, un intégrateur (10, 11) et, placée dans la zone de disposition de l'élément magnétosensible (1, 2) respectif, une source de champ magnétique étalon (12, 13) dont la sortie est reliée à l'entrée d'information du bloc mémoire (14, 15) respectif, une première entrée d'information de l'intégrateur (10, 11) étant reliée à la sortie du détecteur de crête (8, 9) respectif, une deuxième entrée d'information de l'intégrateur (10, 11) étant branchée sur la sortie de l'inverseur (18, 19) respectif et les entrées de mise à zéro des intégrateurs (10, 11) et les entrées de commande des détecteurs de crête (8, 9) étant branchées sur une deuxième sortie de l'horloge (4). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période des impulsions de l'horloge (4) est déterminée par la condition: 2 J -- V o C est la distance entre la paire d'éléments d'aimantation et la paire d'éléments magnétosensibles; V est la vitesse de déplacement du produit à contrôler; T est la période des impulsions de l'horloge.