способ и устройство для измерения магнитных свойств листового материала

Формула изобретения

1. Способ измерения магнитных свойств листового материала, например банкнот, заключающийся в преобразовании магнитных свойств листового материала в электрические сигналы определенного диапазона, отличающийся тем, что осуществляют усиление электрических сигналов по характеристике по меньшей мере с двумя участками постоянного усиления, при этом усиление на одном участке для электрических сигналов с малой амплитудой больше, чем на смежном участке электрического сигнала с большей амплитудой, и полученные значения подвергают обработке для последующего контроля листового материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная характеристика имеет по меньшей мере три участка постоянного усиления сигналов, причем усиление по крайней мере на одном участке сигнала больше, чем на соответствующих смежных участках, и электрические сигналы перед усилением сдвигают на постоянную величину.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед преобразованием магнитных свойств листового материала осуществляют по меньшей мере следующие стадии для калибровки характеристики: генерирование электрического сигнала, усиление этого электрического сигнала и изменение усиления так, чтобы усиленный электрический сигнал на выходе усилителя согласовывался с определенным значением диапазона изменения указанного электрического сигнала.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что указанный электрический сигнал изменяется во времени и перекрывает весь диапазон его изменения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед преобразованием магнитных свойств листового материала осуществляют по меньшей мере следующие стадии для калибровки указанной характеристики усиления: генерирование определенного магнитного сигнала, преобразование этого магнитного сигнала в электрический сигнал, усиление этого электрического сигнала и изменение усиления так, чтобы усиленный электрический сигнал на выходе усилителя согласовывался с определенным значением диапазона изменения указанного электрического сигнала.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что магнитный сигнал изменяется во времени, а получаемый при указанном преобразовании магнитного сигнала изменяющийся во времени электрический сигнал перекрывает весь диапазон его изменения.

7. Способ по любому из пп.3 - 6, отличающийся тем, что изменение усиления осуществляют на основании характеристики динамического усилительного каскада.

8. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее по меньшей мере один магнитный датчик, имеющий по меньшей мере одну измерительную головку по меньшей мере с одним детектором, предназначенным для преобразования магнитных сигналов в электрические сигналы, и по меньшей мере с двумя полюсными наконечниками, и усилитель для усиления электрических сигналов детектора, при этом полюсные наконечники расположены так, что они образуют измерительный зазор и обеспечивают передачу магнитных сигналов в измерительном зазоре перпендикулярно плоскости указанного детектора, отличающееся тем, что полюсные наконечники измерительной головки магнитно развязаны и каждый из них имеет детектор, а измерительная головка также включает средства для создания постоянного во времени и расположенного перпендикулярно плоскости каждого из указанных детекторов магнитного поля, напряженность которого на каждом из этих детекторов различна.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полюсные наконечники изготовлены из магнитомягкого материала.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что напряженность магнитного поля выбрана такой, чтобы полюсный наконечник имел соответствующую магнитную рабочую точку.

11. Устройство по любому из пп.8 - 10, отличающееся тем, что по меньшей мере один полюсный наконечник имеет экранирование, благодаря которому напряженность магнитного поля в этом наконечнике имеет минимально возможную величину.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что указанные детекторы соединены друг с другом по такой схеме, что электрические сигналы каждого детектора имеют взаимопротивоположную направленность.

13. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что каждый из указанных детекторов состоит по меньшей мере из одной катушки.

14. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что каждый из указанных детекторов состоит по меньшей мере из одного датчика Холла.

15. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что каждый из указанных детекторов состоит по меньшей мере из одного магниточувствительного сопротивления.

16. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средством для создания постоянного во времени магнитного поля является по меньшей мере один постоянный магнит.

17. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средством для создания постоянного во времени магнитного поля является по меньшей мере одна катушка.

18. Устройство по любому из пп.8 - 17, отличающееся тем, что несколько измерительных головок расположены в определенном порядке в виде матрицы, причем измерительные зазоры каждой измерительной головки ориентированы параллельно друг другу.

19. Устройство для осуществления способа по п.6, содержащее по меньшей мере один магнитный датчик, имеющий по меньшей мере один детектор, предназначенный для преобразования магнитных сигналов в электрические сигналы, по меньшей мере один усилитель для усиления указанных электрических сигналов детектора, по меньшей мере два полюсных наконечника, расположенных так, что они образуют измерительный зазор и обеспечивают передачу в детектор магнитных сигналов в измерительном зазоре перпендикулярно плоскости этого детектора, отличающееся тем, что в измерительном зазоре магнитного датчика имеются средства для генерирования изменяющегося во времени магнитного сигнала, предназначенного для получения усиленных электрических сигналов с определенным заданным значением для устранения нежелательных изменений, обусловленных, например, воздействием температуры.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что средством для генерирования изменяющегося во времени магнитного сигнала является электрический проводник.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что усилитель имеет калибратор для генерирования электрического сигнала, пропускаемого по указанному электрическому проводнику, и для получения усиленного электрического сигнала с определенным значением путем изменения усиления усилителя.

22. Устройство по любому из пп.19 - 21, отличающееся тем, что несколько измерительных головок расположены в определенном порядке в виде матрицы, причем измерительные зазоры каждой измерительной головки ориентированы параллельно друг другу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и устройству для измерения магнитных свойств листового материала, например банкнот.

Одно из таких устройств известно из DE 4022739. Устройство включает по меньшей мере одну измерительную головку по меньшей мере с двумя полюсными наконечниками, расположенными таким образом, что они образуют измерительный зазор. Магнитные сигналы, создаваемые в измерительном зазоре магнитными свойствами листового материала, преобразуются имеющимся по меньшей мере на одном полюсном наконечнике детектором в электрические сигналы.

С целью обеспечить достаточно надежное обнаружение именно магнитных частиц с низкой остаточной намагниченностью один из полюсных наконечников изготавливают из материала, обладающего свойствами постоянного магнита, а другой из магнитомягкого материала. Величина создаваемого постоянно намагниченным наконечником магнитного поля выбирается таким образом, чтобы магнитомягкий материал другого полюсного наконечника имел соответствующую магнитную рабочую точку. За счет этого даже незначительные магнитные сигналы в измерительном зазоре вызывают появление на детекторе электрического сигнала достаточной величины.

Банкноты отличаются тем, что в зоне печатного изображения они имеют, как правило, низкую, а в зоне, например, расположения защитной нити, высокую плотность магнитных частиц, поэтому при проверке банкнот на детекторе появляются электрические сигналы соответственно с малой и большой амплитудой.

В основу изобретения была положена задача разработать способ измерения магнитных свойств листового материала и устройство для его осуществления, обеспечивающих надежное формирование сигналов как при низкой, так и при высокой плотности магнитных частиц.

Указанная задача решается с помощью предложенного способа измерения магнитных свойств листового материала, например, банкнот, заключающегося в преобразовании магнитных свойств листового материала в электрические сигналы определенного диапазона. Согласно изобретению осуществляют усиление электрических сигналов по характеристике по меньшей мере с двумя участками постоянного усиления, при этом усиление на одном участке для электрических сигналов с малой амплитудой больше, чем на смежном участке электрического сигнала с большей амплитудой, и полученные значения подвергают обработке для последующего контроля листового материала.

Предпочтительно, чтобы указанная характеристика имела по меньшей мере три участка постоянного усиления сигналов, причем усиление по крайней мере на одном участке сигнала было бы больше, чем на соответствующих смежных участках, и электрические сигналы перед усилением сдвигали на постоянную величину.

Предпочтительно также перед преобразованием магнитных свойств листового материала осуществлять по меньшей мере следующие стадии для калибровки характеристики: генерирование электрического сигнала, усиление этого электрического сигнала и изменение усиления таким образом, чтобы усиленный электрический сигнал на выходе усилителя согласовывался с определенным значением диапазона изменения указанного электрического сигнала.

При этом нужно стремиться к тому, чтобы указанный электрический сигнал изменялся во времени и перекрывал весь диапазон его изменения.

Важно отметить, что перед преобразованием магнитных свойств листового материала осуществляют по меньшей мере следующие стадии для калибровки указанной характеристики усиления: генерирование определенного магнитного сигнала, преобразование этого магнитного сигнала в электрический сигнал, усиление этого электрического сигнала и изменение усиления таким образом, чтобы усиленный электрический сигнал на выходе усилителя согласовывался с определенным значением диапазона изменения указанного электрического сигнала.

Важно также, что магнитный сигнал изменяется во времени, а получаемый при указанном преобразовании магнитного сигнала, изменяющийся во времени электрический сигнал перекрывает весь диапазон его изменения.

Предпочтительно изменение усиления осуществлять на основании характеристики динамического усилительного каскада.

Задача решается также с помощью предложенного устройства, содержащего по меньшей мере один магнитный датчик, имеющий по меньшей мере одну измерительную головку по меньшей мере с одним детектором, предназначенным для преобразования магнитных сигналов в электрические сигналы, и по меньшей мере с двумя полюсными наконечниками, и усилитель для усиления электрических сигналов детектора, при этом полюсные наконечники расположены таким образом, что они образуют измерительный зазор и обеспечивают передачу магнитных сигналов в измерительном зазоре перпендикулярно плоскости указанного детектора. Согласно изобретению полюсные наконечники измерительной головки магнитно развязаны и каждый из них имеет детектор, а измерительная головка также включает средства для создания постоянного во времени и расположенного перпендикулярно плоскости каждого из указанных детекторов магнитного поля, напряженность которого на каждом из этих детекторов различна.

Целесообразно полюсные наконечники изготовить из магнитомягкого материала.

При этом желательно напряженность магнитного поля выбрать таким образом, чтобы полюсный наконечник имел соответствующую магнитную рабочую точку.

Желательно выполнить устройство так, чтобы по меньшей мере один полюсный наконечник имел экранирование, благодаря которому напряженность магнитного поля в этом наконечнике имела бы минимально возможную величину.

Причем указанные детекторы целесообразно соединить друг с другом по такой схеме, чтобы электрические сигналы каждого детектора имели взаимопротивоположную направленность.

В предпочтительном варианте выполнения устройства каждый из указанных детекторов состоит по меньшей мере из одной катушки либо из одного датчика Холла, либо из одного магниточувствительного сопротивления.

Предпочтительно в качестве средства для создания постоянного во времени магнитного поля использовать по меньшей мере один постоянный магнит либо одну катушку.

В предпочтительном варианте выполнения устройства несколько измерительных головок расположены в определенном порядке в виде матрицы, причем измерительные зазоры каждой измерительной головки ориентированы параллельно друг другу.

Предложенное устройство может содержать по меньшей мере один магнитный датчик, имеющий по меньшей мере один детектор, предназначенный для преобразования магнитных сигналов в электрические сигналы, по меньшей мере один усилитель для усиления указанных электрических сигналов детектора, по меньшей мере два полюсных наконечника, расположенных таким образом, что они образуют измерительный зазор и обеспечивают передачу в детектор магнитных сигналов в измерительном зазоре перпендикулярно плоскости этого детектора. Согласно изобретению в измерительном зазоре магнитного датчика имеются средства для генерирования изменяющегося во времени магнитного сигнала, предназначенного для получения усиленных электрических сигналов с определенным заданным значением для устранения нежелательных изменений, обусловленных, например, воздействием температуры.

Целесообразно в качестве средства для генерирования изменяющегося во времени магнитного сигнала использовать электрический проводник.

Усилитель предложенного устройства может иметь калибратор для генерирования электрического сигнала, пропускаемого по указанному электрическому проводнику, и для получения усиленного электрического сигнала с определенным значением путем изменения усиления усилителя.

При этом несколько измерительных головок целесообразно расположить в определенном порядке в виде матрицы так, чтобы измерительные зазоры каждой измерительной головки были ориентированы параллельно друг другу.

Основная идея изобретения заключается по существу в том, чтобы усиливать определенный диапазон генерируемых детектором измерительной головки электрических сигналов таким образом, чтобы электрические сигналы с низкой амплитудой от зон с низкой плотностью магнитных частиц усиливались в большей степени, чем высокоамплитудные электрические сигналы, возникающие в зонах с высокой плотностью магнитных частиц. С этой целью диапазон изменения сигналов разделяется по меньшей мере на два участка с соответствующей постоянной степенью усиления. При этом сигналы на участке с низкой амплитудой усиливаются в большей степени, чем на смежном участке.

Предпочтительно, однако, разделять диапазон изменения сигнала, как указывалось выше, по меньшей мере на три участка с соответствующим постоянным усилением. При этом сигналы на двух крайних участках усиливаются одинаково, а на среднем участке сильнее, чем на крайних. Предпочтительно перед усилением сдвигать электрический сигнал на постоянную величину таким образом, чтобы нулевая точка диапазона изменения сигнала находилась в центре среднего участка.

Преимущество способа состоит в том, что электрические сигналы с малой амплитудой, генерируемые зонами с малой плотностью магнитных частиц, оказываются на центральном участке диапазона изменения сигнала и усиливаются в большей степени, тогда как электрические сигналы с большой амплитудой от зон с высокой плотностью магнитных частиц приходятся на крайние участки диапазона изменения сигнала и усиливаются в меньшей степени по сравнению с сигналами с малой амплитудой. Поэтому амплитуды электрических сигналов более равномерно распределяются по диапазону на выходе усилителя и могут затем оптимально обрабатываться, например, с помощью установленного за усилителем аналого-цифрового преобразователя. Соответствующим смещением электрического сигнала детектора можно усиливать как положительные, так и отрицательные составляющие амплитуды.

В устройстве для реализации способа измерения магнитных свойств листового материала можно для преобразования магнитных свойств материала в электрические сигналы использовать, например, известную из DE 4022739 измерительную головку.

В предпочтительном варианте выполнения устройства для осуществления способа предусмотрена по меньшей мере одна измерительная головка по меньшей мере с двумя магнитно развязанными полюсными наконечниками, имеющими по одному детектору и предпочтительно выполненными из магнитомягкого материала. Кроме того, предусмотрены средства для генерирования постоянного во времени и расположенного перпендикулярно плоскости детектора магнитного поля, причем на каждом детекторе магнитное поле отличается по напряженности. Напряженность постоянного во времени магнитного поля выбирается предпочтительно таким образом, чтобы магнитомягкий материал полюсного наконечника обладал соответствующей магнитной рабочей точкой.

Преимущество предпочтительного варианта исполнения устройства состоит в том, что благодаря асимметричной конструкции измерительной головки генерируемые и усиливаемые детекторами сигналы при измерении магнитомягких частиц с низкой остаточной намагниченностью и магнитотвердых частиц с высокой остаточной намагниченностью имеют соответственно различающуюся симметрию. Благодаря этому можно определять, идет ли речь об измерении частиц с высокой или с низкой остаточной намагниченностью.

В другом варианте выполнения в зазоре измерительной головки предусмотрены средства для генерирования определенного, изменяющегося во времени магнитного сигнала. С этой целью предпочтительно предусмотреть электрический проводник, по которому пропускается определенный, изменяющийся во времени электрический сигнал.

Исходя из измерений электрических сигналов на выходе усилителя, можно, например, изменить величину усиления на усилителе таким образом, чтобы согласовать величину измеряемых на выходе усилителя электрических сигналов с определенным значением. В альтернативном варианте можно также обеспечить согласование измеряемых на выходе усилителя электрических сигналов с определенным значением путем соответствующего нормирования электрических сигналов. Такой подход позволяет устранить нежелательные изменения в усилении сигналов, возникающие, например, под воздействием температуры или в результате износа измерительной головки.

Расположив в определенном порядке в виде матрицы несколько измерительных головок, можно одновременно контролировать несколько полос листового материала.

Другие преимущества изобретения будут ясны из последующего описания вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны:

на фиг. 1а, б, в - принципиальная схема предпочтительного варианта выполнения изобретения,

на фиг. 2 - схема предлагаемого устройства,

на фиг. 3 - характеристика усилительного каскада,

на фиг. 4 а, б, в - схематичное изображение усиленных электрических сигналов,

на фиг. 5 а, б - принципиальная схема измерения магнитотвердых и магнитомягких частиц,

на фиг. 6 а, б, в - схематичное изображение симметрии сигналов магнитотвердой области,

на фиг. 7 а, б, в - схематичное изображение симметрии сигналов магнитомягкой области и

на фиг. 8 а, б - принципиальная схема электрических сигналов калибратора.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предпочтительного варианта выполнения изобретения. Листовой материал 10 и несколько расположенных в виде матрицы измерительных головок 20 представлены на фиг. 1а в перспективе, на фиг. 1б в виде сбоку и на фиг. 1в в виде сверху.

Каждая измерительная головка 20 имеет два магнитно развязанных полюсных наконечника 21 и 22 с соответствующими детекторами 23 и 24. В качестве детекторов 23 и 24 можно использовать, например, катушки, датчики Холла или магниточувствительные сопротивления. Для получения постоянного во времени магнитного поля применяется постоянный магнит 25. Для достижения надежного взаимодействия постоянного магнита 25 с полюсным наконечником 21 они напрямую соединены друг с другом, благодаря чему создаваемое постоянным магнитом 25 магнитное поле свободно проходит сквозь материал полюсного наконечника 21.

Полюсные наконечники 21 и 22 изготавливаются преимущественно из магнитомягкого материала. Напряженность магнитного поля постоянного магнита 25 выбирается таким образом, чтобы магнитомягкий материал полюсного наконечника 21 имел соответствующую магнитную рабочую точку.

Вследствие магнитной развязки полюсных наконечников 21 и 22 напряженность магнитного поля постоянного магнита 25 в наконечнике 22 значительно меньше, чем в наконечнике 21, поэтому наконечник 22 не имеет соответствующей магнитной рабочей точки. Для усиления этого эффекта можно дополнительно предусмотреть не показанное на чертеже экранирование вокруг наконечника 22, по возможности снизив до минимума напряженность магнитного поля постоянного магнита 25 в полюсном наконечнике 22.

Полюсные наконечники 21 и 22 расположены таким образом, что образуют измерительный зазор M, передавая магнитные сигналы в измерительном зазоре перпендикулярно плоскости соответствующих детекторов 23 и 24. Детекторы 23 и 24 в свою очередь преобразуют затем эти магнитные сигналы в электрические сигналы. Возможен вариант установки в измерительном зазоре M электрического проводника 26 для генерирования изменяющегося во времени магнитного сигнала.

Детекторы 23 и 24 предпочтительно соединены друг с другом по такой схеме, в которой каждая измерительная головка генерирует только один электрический сигнал. Благодаря противоположной направленности соединения детекторов 23 и 24 можно свести к минимуму одновременное влияние на полюсные наконечники 21 и 22 внешних магнитных воздействий, поскольку электрические сигналы детекторов 23 и 24 при противоположно направленном включении в схему в основном взаимно уничтожаются.

При необходимости электрические сигналы детекторов 23 и 24 можно выводить из измерительной головки 20 и по отдельности. В этом случае для дальнейшей обработки сигналы могут соответственно усиливаться отдельными усилителями и раздельно проходить дальнейшую обработку.

Как показано на фиг. 1а и 1в, несколько магнитных головок можно устанавливать в определенном порядке в виде матрицы, расположив измерительные зазоры отдельных головок параллельно друг другу. При таком расположении измерение можно проводить одновременно на нескольких полосах листового материала 10. Для получения постоянного во времени магнитного поля в данном случае можно использовать один единственный постоянный магнит 25 соответствующих размеров.

На фиг. 2 представлено схематичное изображение предлагаемого устройства. Кроме измерительной головки 20, которая может быть выполнена в соответствии с уровнем техники либо предпочтительно иметь описанное выше исполнение, данное устройство дополнительно включает усилитель 30, усиливающий электрические сигналы измерительной головки 20. Усилитель 30 имеет предусилитель 40, генератор 50 смещения нулевой точки, динамический усилительный каскад 60 и калибратор 70.

Для измерения магнитных свойств листового материала эти магнитные свойства сначала регистрируются в зазоре измерительной головки 20, а затем преобразуются детекторами 23 и 24 измерительной головки 20 в электрические сигналы соответствующего диапазона их изменения. Затем данные электрические сигналы поступают в точке A в усилитель 30. При этом электрические сигналы в целом сначала равномерно усиливаются предусилителем 40. Предпочтительно с помощью генератора 50 смещения нулевой точки сдвинуть электрический сигнал, генерированный предусилителем 40 в точке B, на постоянную величину, согласовав его таким образом с характеристикой расположенного далее динамического усилительного каскада 60.

Характеристика динамического усилительного каскада 60 представлена на фиг. 3. По оси X нанесена интенсивность электрических сигналов S_C в точке C. На оси Y показана интенсивность электрических сигналов S_D после динамического усилительного каскада 60 в точке D.

Диапазон изменения сигнала имеет преимущественно три участка B₁, B₂ и B₃ с постоянным усилением V₁ и V₂. На двух крайних участках B₂ и B₃ усиление одинаковое, в данном случае V₁, а на среднем участке B₁ усиление V₂ больше усиления V₁ на крайних участках B₂ и B₃.

При необходимости диапазон изменения сигнала можно разделить и больше чем на три участка. Усиление на симметричных участках выбирается в каждом случае одинаковым, т.е. усиление на двух крайних участках, на двух вторых от края участках и т.д. в каждом случае одинаково, тогда как усиление на самом крайнем участке может отличаться от второго с краю участка. При нечетном количестве участков усиление среднего участка может устанавливаться произвольно.

Благодаря особой характеристике динамического усилительного каскада 60 электрические сигналы с малой амплитудой на центральном участке В₁ диапазона изменения сигнала усиливаются больше, тогда как электрические сигналы с большой амплитудой на двух крайних участках B₂ и B₃ диапазона усиливаются меньше, а при необходимости могут даже и ослабляться.

На фиг. 4 схематично представлены усиленные электрические сигналы измерения листового материала. На фиг. 4а в качестве примера листового материала изображена банкнота, имеющая в изображенной серым цветом зоне печатного изображения низкую плотность магнитных частиц, а в зоне отмеченной штриховой линией защитной нити высокую плотность. На фиг. 4б изображен электрический сигнал, полученный в точке B усилителя 30 при прохождении банкноты по длине L. В целом электрический сигнал имеет как положительную, так и отрицательную амплитуду. В зоне печатного изображения параметры амплитуды очень небольшие, а в зоне защитной нити очень значительные. Соотношение больших и малых амплитуд в действительности может быть еще гораздо менее благоприятным, чем на представленном на данном чертеже для наглядности графике.

Электрический сигнал S_B сначала смещается в точке B генератором 50 смещения нулевой точки на две единицы в сторону положительных значений, благодаря чему нулевая точка диапазона изменения сигнала оказывается в центре среднего участка B₁ динамического усилительного каскада 60. После этого полученный сигнал S_C в точке C усиливается динамическим усилительным каскадом 60 в соответствии с представленной на фиг. 3 характеристикой. Получающийся в результате этого электрический сигнал S_D в точке D показан на фиг. 4в. Благодаря этому амплитуда электрического сигнала S_D в точке D гораздо более равномерно распределяется по выходному диапазону усилителя, чем электрический сигнал S_B в точке B, и сигнал имеет более четкую форму.

Электрический сигнал S_D от точки D может, например, обрабатываться аналого-цифровым преобразователем 80. При использовании, например, одного 8-разрядного аналого-цифрового преобразователя 80 цифровые выходные значения распределяются в основном по всему интервалу значений от 0 до 255. Непосредственное преобразование электрического сигнала S_C от точки C дало бы в основном только одно среднее значение и крайние значения 0 и 255. Информация о форме электрического сигнала S_C была бы при подобном преобразовании потеряна.

Полученные с помощью аналого-цифрового преобразователя 80 выходные значения можно, например, передавать на блок 90 обработки результатов измерений, который будет, например, сравнивать полученные цифровые значения с хранящимися в памяти цифровыми значениями для контроля листового материала.

С помощью измерительной головки 20 в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения устройства можно дополнительно, используя симметрию электрических сигналов S_D в точке D усилителя, определять, идет ли речь об измерении магнитомягких или магнитотвердых частиц. На фиг. 5 представлен увеличенный фрагмент фиг. 1б, показывающий принцип измерения магнитотвердых и магнитомягких частиц.

На фиг. 5а в листовом материале 10 находятся магнитотвердые частицы 11. Все магнитотвердые частицы 11 намагничены стороной показанного везде белым цветом южного полюса в направлении полюсных наконечников 21 и 22. Намагничивание магнитотвердых частиц может производиться, например, перед измерением с использованием не показанного сильного постоянного магнита либо с помощью постоянного магнита 25.

Далее схематично показана форма силовых линий магнитного поля H. Напряженность магнитного поля H пропорциональна плотности представленных линий. Таким образом, напряженность магнитного поля H максимальна у постоянного магнита 25. В зоне полюсного наконечника 21 эта напряженность магнитного поля H, как уже говорилось выше, имеет лишь величину, достаточную для того, чтобы наконечник 21 имел соответствующую магнитную рабочую точку. В зоне полюсного наконечника 22 напряженность магнитного поля существенно ниже. Однако локальная напряженность магнитного поля H в основном не влияет на намагниченность магнитотвердых частиц в зоне расположения полюсных наконечников 21 и 22.

На фиг. 5б показано измерение магнитомягких частиц. В отличие от предыдущего примера намагниченность магнитомягких частиц 12 существенно зависит от локальной напряженности магнитного поля H. В зоне расположения наконечника 21 магнитомягкие частицы из-за присутствия относительно сильного магнитного поля H сильно намагничиваются, тогда как в зоне наконечника 22 намагниченность магнитомягких частиц 12 почти полностью исчезает, поскольку магнитное поле H в этом месте имеет существенно меньшую напряженность.

На фиг. 6 схематически показана симметрия возникающих на детекторах 23 и 24 электрических сигналов, что обусловлено узкой зоной с магнитотвердыми частицами при прохождении листового материала 10 через датчики. На фиг. 6а показан график напряженности магнитного поля H в зависимости от времени. В момент времени t₁ зона с магнитотвердыми частицами находится над полюсным наконечником 21 и, поскольку ее намагниченность противоположна магнитному полю H, действие магнитного поля H ослабляется. В момент времени t₂ этот процесс происходит в детекторе 24 полюсного наконечника 22.

Поскольку намагниченность магнитотвердой зоны остается все время постоянной, на детекторах 23 и 24 при одной и той же магнитной проницаемости в наконечниках 21 и 22 должен соответственно возникать электрический сигнал одинаковой величины, как это показано на фиг. 6б. Амплитуда электрического сигнала S при этом пропорциональна изменению магнитного поля во времени (S ~ dH/dt). У показанных на фиг. 6б сигналов детекторов 23 и 24 электрический сигнал детектора 23 по вышеназванным причинам дополнительно инвертирован.

Однако, поскольку магнитная проницаемость зависит от напряженности локального магнитного поля ( = (H)), проницаемость в полюсных наконечниках 21 и 22 различается из-за различной локальной напряженности магнитного поля H. Лишь материал наконечника 21 обладает оптимальной проницаемостью (H), а следовательно, и оптимальной рабочей точкой, поэтому детектор 23 генерирует электрический сигнал с высокой амплитудой. Электрический сигнал, получаемый на детекторе 24, имеет, как показано на фиг. 6в, меньшую амплитуду.

На фиг. 7 показаны сигналы с аналогичной фиг. 6 формой для узкой зоны с магнитомягкими частицами. Поскольку намагниченность магнитомягкой зоны в области наконечника 22 уже почти полностью исчезла, в результате, как показано на фиг. 7а, в момент времени t₂ наблюдается гораздо меньшее изменение магнитного поля H, а следовательно, при одинаковой магнитной проницаемости в наконечниках 21 и 22 и существенно меньший электрический сигнал на детекторе 24, как это видно на фиг. 7б.

В результате описанных выше различий в магнитной проницаемости обоих полюсных наконечников 21 и 22 генерируемый детектором 23 и показанный на фиг. 7в электрический сигнал почти полностью исчезает. При сравнении графиков на фиг. 6в и 7в видно, что в магнитотвердой зоне сигнал имеет значительно более симметричную форму по сравнению с магнитомягкой зоной. Благодаря этому изменению в симметрии возникает не зависящая от интенсивности сигнала возможность различать магнитомягкие и магнитотвердые зоны.

Для получения воспроизводимых результатов измерения листового материала следует по возможности избегать изменений в усилении сигналов, например, под воздействием температуры или в результате износа измерительной головки. С этой целью в усилителе 30 предусмотрен калибратор 70.

Для калибровки сигналов калибратор 70 генерирует определенный электрический сигнал, вводимый в усилитель в точках A, B или C и усиливаемый в нем. Электрический сигнал _D измеряется калибратором 70 в точке D и сравнивается с хранящимися в памяти калибратора 70 заданными значениями. На основании этого сравнения усиление динамического усилительного каскада 60 изменяется таким образом, чтобы измеренные калибратором 70 в точке D электрические сигналы _D совпадали с хранящимися в памяти калибратора 70 соответствующими заданными значениями и с генерируемыми калибратором 70 определенными электрическими сигналами.

Пример формы определенного электрического сигнала калибратора 70 показан на фиг. 8. Калибратор 70 предпочтительно генерирует изменяющийся во времени электрический сигнал, перекрывающий весь диапазон. Пример подобного сигнала в зависимости от времени представлен на фиг. 8а. Если, например, этот электрический сигнал вводится в точке B, то калибратор 70 в точке D должен измерить электрический сигнал S_D с представленной на фиг. 8б формой. Соответствующие отклонения от заданных значений могут компенсироваться с помощью описанного выше изменения усиления на усилительном каскаде 60.

Очевидно, что при необходимости калибратор 70 может изменять величину сдвига в генераторе 50 смещения нулевой точки или усиление в предусилителе 40. Пилообразная форма определенного генерируемого калибратором 70 электрического сигнала показана на фиг. 8а, хотя в принципе форма может выбираться произвольно.

Еще одна возможность калибровки состоит в том, что калибратор 70, как уже описано выше, генерирует определенный электрический сигнал и вводит его, например, в точках A, B или C усилителя 30. Усиленные усилителем 30 и преобразованные аналого-цифровым преобразователем 80 цифровые сигналы затем нормируются блоком 90 обработки результатов измерения на ожидаемые цифровые заданные значения. Необходимые для этого постоянные коэффициенты нормирования могут быть рассчитаны, например, как отношение ожидаемых цифровых заданных значений к преобразованным цифровым сигналам и введены в память блока 90 в виде соответствующих таблиц.

Введением в усилитель 30 в точках A, B или C генерированных калибратором 70 электрических сигналов устраняются лишь нежелательные изменения в усилении сигнала. Для устранения иных нежелательных изменений, например, обусловленных износом измерительной головки 20, калибратор 70 генерирует определенный, изменяющийся во времени электрический сигнал, пропускаемый по электрическому проводнику 26 в измерительном зазоре M измерительной головки 20. Под воздействием этого электрического сигнала в зазоре измерительной головки 20 генерируется определенный магнитный сигнал. В этом случае данный электрический сигнал может, как уже сказано выше, согласовываться с предварительно заданным значением либо с помощью соответствующих изменений в усилителе 30, либо нормированием с помощью блока 90 обработки результатов измерений.