Spôsob mapovania vybranej zložky vlastného magnetického poľa kábla

Číslo patentu: 287557

Dátum: 10.01.2011

Autori: Polák Milan, Ušák Pavol, Mozola Pavol

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Spôsob podľa vynálezu spočíva v tom, že sa vybraná zložka magnetického poľa, volená pokiaľ možno kolmo na dominantnú zložku externého poľa, mapuje v dvoch na seba kolmých dráhach dvojicami Hallových sond, orientovanými vzájomne kolmo, a to tak, že po pootočení sond o 90° vzhľadom na os kábla sa zachová meranie tej istej vybranej zložky magnetického poľa (ale druhou dvojicou Hallových sond). Napríklad prvá dvojica bude mapovať vertikálne vľavo a vpravo od stredu prierezu kábla a druhá hore nad a dolu pod okrajmi prierezu kábla. V každom bode takto zmapovaného meracieho rámca získame hodnotu vybranej zložky magnetického poľa. Mapovanie posúvaním dvojíc sond v smeroch kolmých na seba vzhľadom na prierez kábla je praktické a poskytuje oveľa viac bodov než meranie fixnými hlavicami s Hallovými sondami rozmiestnenými do kruhu. Doterajšie metódy merajú radiálne a azimutálne zložky poľa s premenným vkladom externého poľa do meranej hodnoty v závislosti od polohy a orientácie sondy. Pri meraní podľa vynálezu je vklad externého poľa potlačený a rozloženie vlastného poľa v okolí kábla sa zmapuje oveľa hustejšou sieťou. Metóda je univerzálna, ale uplatnenie nájde hlavne pri mapovaní vlastných polí supravodivých káblov na transport prúdu, prípadne pri kábloch na vinutia magnetických nádob na termojadrovú fúziu. V supravodivých kábloch je potrebné mapovať vlastné magnetické pole, pretože nerovnomerné rozloženie prúdu je príčinou zníženia teoretickej prúdovej kapacity kábla a limituje jeho použiteľnosť.

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka spôsobu mapovania tzv. vybranej zložky magnetického poľa kábla, kohnej na jeho os,vrátane supravodivých káblov, najmä s cieľom získať vstupné dáta na výpočet rozloženia pozdlžnej zložky prúdu vo vybranom príereze pozdlž kábla.Problematika rozloženia prúdu v priereze kábla je univerzálna, ale je pálčivá, hlavne v prípade supravodivých káblov. Nerovnomemé rozloženie prúdu v supravodivom káblí znižuje jeho prúdovú kapacitu a stabilitu. Napríklad v prípade supravodivého kábla pre zariadenie termojadrovej fúzie ITER zníženie prúdovej kapacity kábla sa premietne do zníženia magnetického poľa toroidálnej magnetické nádoby určenej na uchovávanie horúcej plazmy a teda do dosahovaných parametrov terrnojadrovej reakcie prebiehajúcej v plazme. Je preto potrebné poznať rozloženie vlastného magnetického poľa kábla, ktoré umožňuje určiť rozloženie prúdu V príereze.Pri jednosmerných prúdoch je použitie Hallovej sondy asi jediným možným riešením. Na meranie sa už používajú i čítacie hlavice hard diskov, ale tie reagujú na absolútnu hodnotu vektora magnetického poľa, nie na jednu voliteľnú zložku. Tú možno v pripade Hallovej sondy zvoliť tak, aby bola potlačená dominantná zložka externého poľa, čo je potrebné napríklad V pripade supravodivého kábla ITER vo vonkajšom poli obrieho vinutia fragmentu magnetickej nádoby.Na predbežných modelových kábloch na supravodivé vinutia ITERu sa rozloženie prúdu rátalo z nameraných radiálnych a azimutálnych zložiek vlastného magnetického poľa kábla, meraných v relatívne malom počte fixných bodov pomocou sústav Hallových sond, umiestnených v týchto bodoch radiálne alebo azimutálne. V prvom priblížení platí, že Hallova sonda sníma zložku vonkajšieho magnetického poľa kolmú na jej rovinu. Hallova sonda orientovaná radiálne merala radiálnu zložku vlastného poľa kábla, Hallova sonda orientovaná azimutálne merala azimutálnu zložku vlastného magnetického poľa kábla.Počet diskrétnych prúdovodičov, ktorými sa aproximovalo reálne rozdelenie prúdového poľa v pricreze kábla, bol limitovaný počtom fixných Hallových sond uložených v meracej hlavici ñxne pripevnenej ku káblu v oblasti prierezu, ktorý bol mapovaný. Počet Hallových sond bol typicky 12 a boli rozmiestnené v kruhu,koncentrickom s osou kábla. Krok skrutu subkáblov v celkovom kábli je známy, ale nie je známa lokálna poloha subkáblov v meranom priereze kábla, ktorá ovplyvňuje výpočet prúdov z merania poľa. Niekedy sa preto použiva ďalšia pomocná meracia hlavica s meracimi Hallovými sondami s počtom 12, posunutá v pozdlžnom smere proti základnej meracej hlavici. Z nameraných napäťových signálov oboch sústav okalibrovaných Hallových sond sa potom stanovuje lokálna poloha subkáblov v meranom príereze. Takto získané informácie o geometrickom usporiadani sa potom používajú pri výpočte rozloženia prúdu v jednotlivých (šiestich) subkábloch.Nevýhodou metódy je pomeme vysoká cena sústavy Hallových sond, limitovaný počet voľných parametrov a pretrvávajúca neistota v presných polohách subkáblov. Meranie komplikuje dominantná zložka vonkajšieho magnetického poľa z blízkeho supravodivého vinutia, ktorá rôznym spôsobom (podľa meniacej sa orientácie sond) vstupuje do meraného Hallovho napätia jednotlivých sond. Fixne uložené Hallove sondy vyžadujú náročnej šie započítavanie zložky externého poľa a je ich treba toľko, koľko je bodov merania. Nezanedbatelná je prácnosť kalibrácie každej sondy. S rastúcim počtom Hallovych sond sa meranie predražuje. Hlavná prekážka je ale v nemožnosti potlačiť extemú zložku poľa, ktorá sa do každej sondy premieta inak,podľa jej orientácie, meniacej sa v závislosti od polohy v meracej hlavici, merajúcej radiálnu alebo azimutálnu zložku magnetického poľa kábla.Metóda podľa vynálezu spočíva v mapovani ľubovoľnej vybranej zložky vlastného magnetického poľa kábla, napríklad vybranej tak, aby zložka externého magnetického poľa ležala v rovine rovnako orientovaných Hallových sond a teda minimálne prispievala k užitočnému signálu vlastného poľa kábla, ktorý jediný sa používa na výpočet rozloženia prúdu v jeho príereze.Počet Hallových sond je znížený na štyri, teda dve dvojice sond, umiestnené okolo prierezu kábla tak, že sondy každej dvojice sú uložené l 80 ° vzáj orrme proti sebe, pričom v rámci dvojice sú sondy orientované rovnako, paralelne, a proti druhej dvojici sú orientované kolmo na ich smer. Pre umiestnenie oboch dvojíc sond v okolí kábla je vhodný napríklad prípravok v tvare vidlice, ktorej ramená majú rozpätie väčšie, ako je priemer kábla. Na koncoch rarnien vidlice sú umiestnené sondy a celá vidlica je spojená s prípravkom, ktorý umožňuje polohovanie vidlice proti káblu. Vidlica sa nastaví tak, aby prvá dvojica sond bola v rovine kolmejna os kábla. Po zmapovaní zložky vlastného poľa, kolmej na os kábla v dvoch paralelných dráhach nad a pod pricrezom kábla, sa prípravok pootočí o 90 ° stupňov v rovine prierezu kábla a mapovanie prebehne druhou dvojicou Hallových sond, zorientovaných po pootočení o 90 stupňov v rovnakom smere, ako bola prvá dvojica. Mapovanie tej istej zložky vlastného poľa, kolmej tentoraz na rovinu druhej dvojice Hallových sond,prebehne opäť v dvoch paralelných dráhach, kolmých na prvú dvojicu mapovacích dráh, teda vľavo a vpravo proti prierezu kábla. Mapovacie dráhy tak vytvoria pravouhlý rnapovací rámec, ktorý obkľučuje prierez kábla. Vo všeobecnosti nezáleží na tvare prlerezu kábla, môže byť ľubovoľného tvaru, napr. kruhového, pravouhlého atď. V každom bode rámca bude zmeraná len zvolená zložka vlastného magnetického poľa kábla, s potlačenou dominantnou zložkou externého poľa, v ideálnom prípade dominantná zložka externého poľa leží v rovine Hallovej sondy.Počet mapovaných bodov je daný hustotou snímania pri postupnom posuve prípravku a nie je limitovaný. Napríklad v overovacích meraniach bolo použitých až 192 bodov. Prípravok možno posúvať aj spojite a polohu možno stanoviť z napätia na reostate spriahnutom s posuvom prípravku. Podstatné vyšší počet voľných parametrov (12 oproti 192) umožňuje získať oveľa hustejšiu diskrétnu sieť prúdovodičov nahrádzajúcich reálne rozloženie prúdu v priereze kábla. Nie je pritom potrebné poznať presnú geometrickú polohu subkáblov(šiestich v prípade kábla pre ITER) V danom meranom priereze kábla a to všetko s podstatne menším počtom Hallových sond (2 x 12 oproti 2 x 2).Mapovanie pri jednosmemom prúde je jednoduchšie. Merané Hallove napätia sa snímajú dvojkanálovým voltmetrorn, alebo meracou kartou a ukladajú sa do pamäte počítača a zapisujú na jeho disk. Pri striedavom prúde sa momentálne snímané napätie trigeruje na zvolenú fázu prúdu a ukladajú sa len hodnoty zodpovedajúce tejto fáze, pri relatívne pomalom posúvaní prípravku so sondami počas mapovania. Podmienkou trigerovania môže byt napríklad hodnota prúdu káblom zodpovedajúca zvolenej fáze.Výhodou je teda ušetrenie počtu sond pri dosiahnutí vysokej hustoty mapovania, potlačenie vplyvov vonkajších magnetických polí, eliminácia nutnosti poznat rozloženie subkáblov a rýchlejšia kalíbrácia.Pri mapovaní prípravkom s dvomi dvojicami Hallových sond podľa vynálezu je počet voľných parametrov (meracích bodov) daný hustotou mapovania. S rastúcim počtom bodov merania magnetického poľa stúpa aj presnosť určenia rozdelenie prúdu v priereze kábla. Čím väčší počet bodov merania (voľných parametrov),tým presnej šie je určenie rozloženia prúdu.Prehľad obrázkov na výkresochCelkový pohľad na overovacie meranie na modeli kábla je na obr. l a obr. 2. Mapovanie vertikálnej zložky vo vertikálnom smere je na obr. l. Ide o prvú fázu mapovania.Celkový pohľad na overovacie meranie na modeli kábla je aj na obr. 2. Tu ide o druhú fázu merania mapovanie vertikálnej zložky v horizontálnom smere.Na obr. 3 je schéma mapovania vo vertikálnom smere (fáza l). Meria sa Vertikálna zložka dvojicou sond g uložených horizontálne.Na obr. 4 je schéma mapovania v horizontálnom smere (fáza 2). Opäť sa meria Vertikálna zložka poľa,tentoraz druhou dvojicou sond à, ktorá je opäť uložená horizontálne (po natočení o 90 °).Mapovací rámec tvorený mapovacimi dráhami oboch dvojíc sond pri navzájom kolmých polohách prípravku (grafy na obr. l a obr. 2) je na obr. 5. Ku každému bodu rámca je priradená nameraná hodnota vybranej zložky vlastného poľa kábla, v tomto prípade orientovanej zhora nadol.Význam označenia jednotlivých súčastí výkresov- meraný kábel (objekt),- meracie sondy l a 2, tvoriace prvú dvojicu,- meracie sondy 3 a 4, tvoriace druhú dvojicu,- posuvný prípravok, na ktorom sú upevnené sondy,- meracia karta,Q - počítač na vyhodnotenie nameraných údajov,7 - mapovacie body dvojice sond g,§ - mapovacie body dvojice sond ž.1 mm UJ IN I Príklady uskutočnenia vynálezuÚlohou bolo zmapovať vybranú zložku vlastného magnetického poľa kábla l. Pravouhlý rnapovací rámec Z - 8 (obr. 5) bol natočený tak, aby vybraná mapovaná zložka bola pokiaľ možno kolmá na dominantnú zložku extemého poľa v oblasti okolo meraného prierezu, v rovine kolmej na os kábla vo vybranom meranom mieste, prierez l na obr. 1. Dosiahli sme to natočením prípravku na mapovanie poľa okolo osi kábla tak, abymapovacie dráhy prvej dvojice g Hallových sond boli čo najkolmejšie na smer dominantnej zložky externého poľa v mieste mapovania (tzv. základné natočenie). To súčasne zabezpečilo, že mapovacie dráhy druhej dvojice vertíkálnych Hallových sond ě po pootočení prípravku o 90 ° po skončení mapovania prvou dvojicou boli približne rovnobežné s vektorom externého poľa, čiže kolmé na prvú dvojicu mapovacích dráh. V každom mapovanom bode bola druhou dvojicou sond ą opät mapovaná tá istá vybraná zložka vlastného poľa kábla s tou istou orientáciou ako pri mapovaní prvou dvojicou sond, ako je to na obr. 2 a obr. 4.Pri posuve prípravku s Hallovými sondami sa paralelne merali dve hodnoty zložky magnetického poľa v mieste prvej a v mieste druhej sondy na ľavom a pravom ramene prípravku i Teda meralo sa v dvoch paralelných dráhach dvoch súbežne posúvaných Hallových sond (obr. l, obr. 3). To platí pre každé z dvoch natočení základné i pootočené o 90 ° (sekimdárne natočenie, obr. 2 a obr. 4, vidlica i v novej polohe).Po zrnapovaní v základnom natočení a následnom zrnapovaní v sekundámom natočení sme získali súbor bodov pravouhlého mapovacieho rámca obopínajúceho prierez kábla (body Z a § na obr. 5). Ku každému bodu mapovacieho rámca Z, § bola priradená nameraná hodnota vybranej zložky vlastného magnetického poľa kábla. Keďže táto zložka bola vybraná tak, aby bola pokiaľ možno kolmá na lokálny Vektor extemého magnetického poľa, vplyv externého poľa na údaj Hallovej sondy v každom mapovanom bode kolmej na vybranú zložku bol potlačený. Užitočný signál meranej zložky vlastného poľa bol tak oveľa menej zaťažený balastovým príspevkom z extemého poľa, než v prípade merania radiálneho alebo azimutálneho komponentu vlastného poľa kábla, ako sa to robilo doteraz.Navrhnutá metóda mapovania vybranej zložky vlastného magnetického poľa kábla zaťaženého elektrickým prúdom je univerzálna, ale významná je najmä v prípade supravodivých káblov (napr. supravodivého kábla na zariadenie termojadrovej ñízie ITER, alebo supravodivého kábla na transport energie). Tieto káble sú citlivé na nehomogenity V prechodových odporoch na styku normálny vodič-supravodič a hrozí pri nich nehomogenita v rozložení prúdu, znižujúca ich prúdovú kapacitu. Metóda, ako zdroj dát pre následný výpočet rozloženia prúdu V kábli, je nástrojom monitorovania kvality takéhoto kábla, resp. kvality prúdovýeh kontaktov.l. Spôsob mapovania vybranej zložky vlastného magnetického poľa kábla, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že dve dvojice meracích Hallových sond sú okolo mapovaného kábla umiestnené tak, aby ich orientácia k rovine vonkajšieho magnetického poľa bola taká, aby potlačenie jeho vplyvu na presnosť mapovania bolo maximálne, ďalej v rámci tejto roviny sú dvojice sond orientované kolmo na seba a jednotlivé sondy každej dvojice sú zhodne orientované, umiestnené na oboch stranách kábla tak, že prvá sonda prvej dvojice je umiestnená vedľa na ňu kolmej prvej sondy druhej dvojice a druhá sonda prvej dvojice je umiestnená vedľa na ňu kolmej druhej sondy druhej dvojice.2. Spôsob mapovania vybranej zložky vlastného magnetického poľa kábla podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že sústava oboch dvojíc Hallových sond sa postupne posúva a otáča vzhľadom na os mapovaného kábla, čím sa pri meraných polohách dosiahne vytvorenie diskrétnej mapy vybranej zložky vlastného magnetického poľa kábla.

MPK / Značky

MPK: G01R 33/00, G01R 15/00

Značky: zložky, spôsob, poľa, mapovania, vybranej, vlastného, magnetického, kábla

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/8-287557-sposob-mapovania-vybranej-zlozky-vlastneho-magnetickeho-pola-kabla.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob mapovania vybranej zložky vlastného magnetického poľa kábla</a>

Podobne patenty