[发明专利]信号处理方法和用于尺度计量系统的单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用以确定非铁导电物体的至少一个尺度的信 号处理方法，该方法包括测量磁场对激励改变的反应的步骤，其中 磁场施加到物体。本发明还涉及一种用于尺度计量系统的信号处理 单元。

背景技术

在非铁导电物体的尺度测量领域中，已知基于如下事实的无接 触方法：这样的物体由于在物体内感应电流而影响向物体施加的磁 场。物体对磁场的影响主要地依赖于物体的几何尺度和电阻率。因 而，如果电阻率已知，则可以通过测量由物体造成的磁场改变来识 别几何尺度。

为了创建可以清楚地观测物体对磁场的影响的特殊时间点， EP0349528B1提出通过关断电流供应来明显地改变磁场的激励。测 量在关断与在测量设备与物体之间的气隙中存在的磁场部分的衰减 之间流逝的时间。然后基于测量的时间的长度来确定物体的几何尺 度。在下文中，将气隙中的磁场衰减称为主衰减。

在WO 01/01065A1中进一步改进了在EP0349528B1中提出的 方法以针对具有更小尺度的物体实现更高准确度。其中，测量不是 在改变激励之后直接地开始，而是只在完成主衰减之后才开始。在 主衰减之后，仅保留物体内的磁场部分，该磁场部分的衰减时间延 迟大于气隙中的场。物体中的磁场衰减可以称为次衰减。次衰减的 长度同样依赖于物体的几何参数和电阻率参数。在WO 2005/064268 A1和WO 2005/064269A1中描述了该方法的更多实施例。

所有已知方法的共同之处在于，测量和使用时间段以确定物体 的几何尺度。该方式具有尤其是对小尺度的物体如薄片的测量准确 度有影响的主要弊端。由于仅两次测量用来限定时间段，所以这两 次测量的采样启动变得关键。例如由于信号处理电路中的变化的延 迟而造成的采样时间的仅少量变化可能导致测量结果的显著差异。 这些差异随着物体的尺度减小而增加。另外，如果物体更小，则对 磁场激励的改变生效的时间点的确切确定变得更重要。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种尤其适用于小尺度的物体、 特别是很薄的片的信号处理方法和用于尺度计量系统的单元。

本发明的目的通过提供根据权利要求1所述的信号处理方法 和根据权利要求12所述的信号处理单元来实现。

本发明是基于在频域而不是时域中探求解决方案的主要思想， 因为上文讨论的两次测量定时精确度的进一步增加由于所带来的大 量工作和代价而不那么适用。

根据本发明，取得磁场对激励改变的与时间有关的反应的多个 样本，并且多个样本用来获得测量的场传递函数，其中测量的场传 递函数是激励与测量的场反应之间实际动态行为的表示。通过将测 量的场传递函数与预定场传递函数拟合来确定物体的至少一个尺 度，其中预定场传递函数表示以一个尺度为参数的在激励与测量的 场反应之间的动态行为。本发明的信号处理单元包括用以执行方法 步骤的相应装置。

本发明的优点在于，确定的尺度的准确度现在独立于仅少数测 量的具体定时。代之以取得多个样本，这意味着将磁场的与时间有 关的反应作为整个函数来考虑。因而，样本数目应当至少为二十， 但是优选是数目明显更多的样本。由于处理更多数据样本，所以甚 至对于很薄的片也产生可靠结果。

优选地，取得磁场的与时间有关的反应的等距样本，即按照恒 定采样频率来实现采样。这简化了后续信号处理。

为了确定测量的场传递函数，建议使用磁场的与时间有关的激 励的等距样本并且通过已知数学方法来导出相应频率变换，或者使 用可以由低阶传递函数代表的激励的具体信号形式。如果应用第二 可能性，则阶跃函数优选地用于激励。

在本发明的一个实施例中，将预定场传递函数确定为激励的传 递函数与代表非铁物体针对磁场的透射行为的传递函数的组合。可 以通过已知控制理论方法例如通过以线性的不随时间变化的系统形 式设定行为动态模型以及通过使用拉普拉斯变换将该模型变换到频 域来导出代表物体透射行为的传递函数。通过使用该方式，预定场 传递函数的一般形式与通过应用已知的系统识别黑盒子方法的一般 形式相比更好地适应于系统的实际动态行为，其中术语系统描述磁 场的激励与由物体造成的场反应之间的动态行为。为了确定透射行 为的传递函数，必须在物体与磁场的激励侧相反的一侧测量场反应。