Procedimiento y aparato para la determinación de defectos en la fabricación de sistemas magnéticos.

Procedimiento para la determinación de defectos en un sistema magnético,

cuyo método comprende lassiguientes etapas:

- medición utilizando, como mínimo, un sensor (1) de campo magnético situado fuera de un sistema magnético, uncampo magnético del sistema magnético;

- formular, como mínimo, una ecuación que asocia el campo magnético medido con un campo magnético hipotéticodel sistema magnético que tiene, como mínimo, un defecto hipotético introducido en el mismo; y

- resolver dicha, como mínimo, una ecuación formulada.caracterizado porque el método comprende además, antes de la etapa de medición del campo magnético, lassiguientes etapas:

- introducir el, como mínimo, un defecto hipotético, en el sistema magnético y definir, como mínimo, un parámetroque define el, como mínimo, un defecto hipotético;

- simular el campo magnético hipotético del sistema magnético teniendo el, como mínimo, un defecto hipotéticointroducido en el mismo;

- determinar puntos para la localización del, como mínimo, un sensor de campo magnético (1); y

- determinar una serie de mediciones del campo magnético;

en el que el campo magnético hipotético depende de uno o varios parámetros que definen el, como mínimo, undefecto hipotético, y

en el que los valores de los parámetros son determinados resolviendo la, como mínimo, una ecuación formuladapara obtener los valores que determinan los defectos en el sistema magnético.

Procedimiento y aparato para la determinación de defectos en la fabricación de sistemas magnéticos SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere a un procedimiento para la determinación de defectos que se producen en la fabricación, ensamblaje y montaje de sistemas magnéticos, es decir, estructuras que comprenden bobinas para corriente eléctrica o imanes permanentes y que sirven como fuentes de campo magnético. La invención puede ser utilizada en la fabricación y ajuste de equipos electrofísicos, pero su utilización no está limitada a estas aplicaciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen múltiples estructuras de diferente complejidad que generan campos magnéticos en el medio ambiente y el campo magnético generado debe cumplir ciertas exigencias en cuanto a su configuración y orientación en el espacio. Estas estructuras son denominadas en general sistemas magnéticos.

Existen varias exigencias para la calidad de los sistemas magnéticos. El control directo de la fabricación, ensamblaje y montaje es usualmente complicado en cuanto a calidad, debido a la accesibilidad limitada o a las grandes dimensiones de las estructuras; en otras palabras, los procedimientos basados en la medición directa de desviaciones dimensionales son difíciles o imposibles de aplicar. Por otra parte, el sistema magnético generará un campo magnético distinto del requerido cuando dicho sistema es ensamblado con la utilización de componentes defectuosos, aunque los parámetros geométricos cumplan con las exigencias. Al mismo tiempo, los sistemas magnéticos están destinados a la generación de un campo magnético con parámetros predeterminados y se puede utilizar la información basada en la distribución de campo magnético en el medio ambiente para evaluar la calidad de la fabricación y la integridad operativa del sistema y sus componentes.

Si el sistema magnético ha sido ensamblado de manera apropiada, el campo magnético coincide con el mapa magnético calculado; de otro modo, el campo magnético no se corresponderá con el rendimiento especificado. El término “defecto” que se utiliza más adelante significa una desviación específica realizada en el curso de la fabricación, ensamblaje o montaje del sistema magnético en consideración y que supera las tolerancias tecnológicas objetivo.

La utilización de la medición del campo magnético para control de calidad es conocida en el estado de la técnica. Por ejemplo, un sensor de campo magnético, colocado en el eje de una bobina redonda de corriente continua se puede utilizar para comprobar la ausencia de espiras en cortocircuito en la bobina. La señal del sensor es proporcional al número de espiras de la bobina y en el caso de espiras en cortocircuito, la señal del sensor disminuye y por esta disminución se puede evaluar el número de espiras en cortocircuito (ver I.E. Tamm, Bases of the Electricity Theor y , Nauka, Moscow, 1989) .

Por lo tanto, sistemas bien conocidos que utilizan la medición del campo magnético pueden proporcionar una respuesta a las siguientes cuestiones: si un aparato ha sido ensamblado de manera apropiada y si sus elementos son funcionales. La información con respecto a la naturaleza (tipo) , valor y localización de un defecto se puede conseguir de manera típica solo en los casos más simples.

Para la mayor parte de problemas de ingeniería es necesario conocer la información o bien la naturaleza (tipo) o valor y localización del defecto. La localización del defecto se debe determinar frecuentemente en un área que en general es completamente cerrada para observación visual.

Un ejemplo típico de un sistema magnético es un cable superconductor utilizado en bobinas electromagnéticas como elemento aplicado a la generación de un campo magnético. El cable está formado por hebras torsionadas consistiendo en una gran cantidad de hilos y si hay un hilo defectuoso varía la distribución de campo cerca de la hebra defectuosa.

Del documento US 2001/054509 A1 se conoce modelar la distribución de corrientes en base a las inductancias y resistencias medidas. El procedimiento consiste en resolver ecuaciones para modelar los defectos a través de las pérdidas de corriente. Esta decisión técnica permite calcular el campo magnético con la utilización de la distribución de corriente y, por lo tanto, permite calcular también el campo magnético del defecto. El procedimiento que se da a conocer para la determinación de defecto requiere la medición de resistencias e inductancias de las que no se podría disponer en muchos casos.

Otro documento Duke A.E. y otros: "Coupled Electromagnetic and Thermohydraulic Analysis of ITER Cable Joint", IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol. 7, nº2, Junio 1997 da a conocer la determinación de pérdidas de Joule en uniones de superconductores en base a la distribución de corrientes de transporte y corrientes parásitas. Las corrientes parásitas en las uniones de cables se ha propuesto que queden definidas con utilización de la fórmula de Biot-Savart aplicada a la distribución de corrientes determinada. El procedimiento permite la evaluación de las pérdidas por Joule con utilización del modelo de distribución de corriente, no obstante, no se ha descrito una forma posible de determinar defectos de un sistema magnético.

Las bobinas electromagnéticas, por su parte, pueden ser otro ejemplo de un sistema magnético. Estas bobinas tienen frecuentemente dimensiones de varios metros y masas de decenas de quilos, pero se deben montar con exactitud de milímetros. En este caso, el defecto puede ser no solamente un fallo del arrollamiento, sino una colocación defectuosa de la bobina con respecto a una localización predeterminada. De manera ideal, la localización de la bobina se debe relacionar no a sus dimensiones geométricas, sino a la distribución de corriente en la bobina.

Una estructura consistente en imanes permanentes puede ser también otro ejemplo de un sistema magnético con uno de los imanes montado de forma incorrecta. Estos sistemas son utilizados como fuentes de campo estático en sistemas de seguimiento, ver patentes RU 2197013 "Procedure and tracking system establishing position and orientation of mobile object" (“Procedimiento y sistema de seguimiento que establece la posición y orientación de un objeto móvil”) y RU 2241958 "Method and follow-up for finding position of and location of moving object” (“Procedimiento y seguimiento para encontrar la posición y localización de un objeto móvil”) .

La patente US 5654635 da a conocer un procedimiento y dispositivo para la corrección de errores de medición de un magnetómetro (sistema de medición de campo magnético) montado en un vehículo, por ejemplo, en un avión o un helicóptero. El procedimiento comprende la medición de un campo magnético distorsionado por un sistema magnético (un vehículo) , mediante sensores de campo magnético situados dentro del vehículo. Se formula una ecuación asociando el campo magnético medido con campos magnéticos con error hipotético introducido por el sistema magnético, de manera que los campos magnéticos con error hipotético dependen de uno o varios parámetros. La solución de las ecuaciones formuladas permite obtener los valores de los parámetros. Estos valores determinan campos magnéticos con error introducido por el sistema magnético. Este procedimiento está dirigido a corregir los valores medidos de un campo magnético a efectos de obtener los parámetros del campo magnético sin introducción de campos magnéticos con error por el sistema magnético, por ejemplo, un avión o un helicóptero. El procedimiento que se da a conocer no proporciona la determinación de defectos del sistema magnético. Además, este procedimiento requiere llevar a cabo mediciones dentro del sistema magnético; no obstante, no resulta posible en algunos casos.

Un problema de la localización de defectos con utilización de la medición de campo fuera de un sistema magnético no se puede resolver en el caso general. Por ejemplo, suponiendo que la corriente fluye en un cilindro infinito con el radio de R y conociendo que la distribución de campo exacta en el espacio es inversa a la distancia desde el eje del cilindro, no hay manera de determinar la distribución de corriente en este cable cilíndrico porque este campo puede ser generado no solamente con un cable cilíndrico sólido y homogéneo, sino con cualquier cable que tenga simetría cilíndrica, ver I.E. Tamm, Bases of the Electricity Theor y , Nauka, Moscow, 1989. Lo indicado es también correcto para defectos asociado con la fabricación, ensamblaje y montaje.

Otros documentos de la técnica anterior se dan a conocer en Belyakov V. y otros:... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la determinación de defectos en un sistema magnético, cuyo método comprende las siguientes etapas:

- medición utilizando, como mínimo, un sensor (1) de campo magnético situado fuera de un sistema magnético, un campo magnético del sistema magnético;

- formular, como mínimo, una ecuación que asocia el campo magnético medido con un campo magnético hipotético del sistema magnético que tiene, como mínimo, un defecto hipotético introducido en el mismo; y

- resolver dicha, como mínimo, una ecuación formulada.

caracterizado porque el método comprende además, antes de la etapa de medición del campo magnético, las siguientes etapas:

- introducir el, como mínimo, un defecto hipotético, en el sistema magnético y definir, como mínimo, un parámetro que define el, como mínimo, un defecto hipotético;

- simular el campo magnético hipotético del sistema magnético teniendo el, como mínimo, un defecto hipotético introducido en el mismo;

- determinar puntos para la localización del, como mínimo, un sensor de campo magnético (1) ; y

- determinar una serie de mediciones del campo magnético;

en el que el campo magnético hipotético depende de uno o varios parámetros que definen el, como mínimo, un defecto hipotético, y en el que los valores de los parámetros son determinados resolviendo la, como mínimo, una ecuación formulada para obtener los valores que determinan los defectos en el sistema magnético.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, que comprende además, antes de la etapa de medición del campo magnético, la siguiente etapa:

- determinar la localización y orientación del, como mínimo, un sensor de campo magnético (1) .

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el sistema magnético comprende, como mínimo, un conductor portador de corriente.

4. Procedimiento, según la reivindicación 3, en el que el conductor portador de corriente es un cable.

5. Procedimiento, según la reivindicación 4, en el que el cable es un cable superconductor, el como mínimo un defecto hipotético es una rotura de una hebra de un cable y los parámetros que definen dicho defecto son las coordenadas (x, y) del punto central de la hebra, el paso de arrollamiento (h) y la longitud (1) de la parte defectuosa.

6. Procedimiento, según la reivindicación 3, en el que el sistema magnético comprende, como mínimo, una bobina electromagnética.

7. Procedimiento, según la reivindicación 6, en el que la, como mínimo, una bobina electromagnética es redonda, los defectos hipotéticos son la forma elíptica de la bobina y el alabeo de la misma y los parámetros que determinan los defectos son los semiejes mayor y menos (a, b) de la elipse y el valor del alabeo (Y) .

8. Procedimiento, según la reivindicación 6, en el que la, como mínimo, una bobina electromagnética es una bobina de campo toroidal tokamak, en la que los defectos son desplazamientos de los puntos de referencia de la línea central de la bobina (A, B, C, D, E, F) y los parámetros que determinan los defectos son desplazamientos de los puntos de referencia (A, B, C, D, E, F) seleccionados a lo largo del contorno de la bobina.

9. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el sistema magnético comprende, como mínimo, un imán permanente, en el que el defecto del, como mínimo, un imán permanente es el cambio del momento magnético (M) del dipolo del punto equivalente y los parámetros que determinan el defecto son el desplazamiento de la componente del vector (M) del momento magnético.

10. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el sistema magnético comprende, como mínimo, dos elementos que generan campo magnético, en el que los defectos son desplazamiento espacial y la inclinación de, como mínimo, uno de los elementos que generan campo magnético con respecto al otro y los parámetros que determinan los defectos son tres coordenadas del desplazamiento espacial y tres ángulos de Euler de la inclinación.

11. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el sistema magnético comprende, como mínimo, un elemento que generan campo magnético, en el que los defectos son desplazamiento espacial y la inclinación del, como mínimo, un elemento generador de campo magnético e incluyéndose en el sistema magnético con respecto al, como mínimo, un elemento no incluido en el sistema magnético o con respecto al, como mínimo, un elemento incluido en

el sistema magnético pero que no genera campo magnético, y los parámetros que determinan los defectos son tres coordenadas del desplazamiento espacial y tres ángulos de Euler de la inclinación.

12. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que se cumplimenta adicionalmente la simulación de campo magnético del sistema de campo magnético sin defectos, se manera que durante la formulación de la, como mínimo, una ecuación, los valores de campo magnético correspondientes al sistema magnético sin defectos son restados de los valores medidos del campo magnético del sistema magnético.

13. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que durante la formulación de la, como mínimo, una ecuación, el campo magnético medido es asociado con el campo magnético hipotético del sistema magnético en los puntos de medición del campo magnético.

14. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que durante la formulación de la, como mínimo, una ecuación, el campo magnético hipotético del sistema magnético es asociado con valores del campo magnético en los puntos dentro de un área que encierra el sistema magnético, los valores de campo magnético obtenidos a base de los valores medidos del campo magnético medido en los puntos de medición del campo magnético situados en el límite de dicha área, de manera que los valores del campo magnético obtenidos a base de los valores medidos del campo magnético son evaluados en dichos puntos dentro de dicha área hallando una solución al problema de valor límite de la ecuación de Laplace.

15. Procedimiento, según la reivindicación 3, en el que la medición del campo magnético es llevada a cabo adicionalmente cuando la corriente en el sistema magnético es cero, de manera que dichos valores de campo magnético medidos son restados de los valores de campo magnético medidos, siendo la corriente en el sistema magnético distinta de cero y los valores obtenidos son utilizados para formular la, como mínimo, una ecuación.

16. Procedimiento, según la reivindicación 3, en el que la medición del campo magnético se lleva a cabo adicionalmente cuando la corriente en el sistema magnético es inversa, de manera que los valores de campo magnético del sistema magnético son determinados por cálculo de la semidiferencia de los valores de campo magnético generados con corriente directa a inversa en el sistema magnético y los valores obtenidos son utilizados para formular la, como mínimo, una ecuación.

17. Aparato configurado para la realización de todas las etapas del método de la reivindicación 1 para la determinación de defectos en un sistema magnético, cuyo aparato comprende: como mínimo, un sensor de campo magnético (1) situado fuera del sistema magnético, configurado para medir un campo magnético del sistema magnético; y medios de proceso de datos (6) configurados para:

- formular, como mínimo, una ecuación que asocia el campo magnético medido con un campo magnético hipotético del sistema magnético que tiene, como mínimo, un defecto hipotético introducido en la mismo, dependiendo el campo magnético hipotético de uno o varios parámetros que definen el, como mínimo, un defectos hipotético; y

- resolver la, como mínimo, una ecuación formulada para obtener valores de los parámetros, determinando los valores defectos en el sistema magnético.

18. Aparato, según la reivindicación 17, en el que el, como mínimo, un sensor de campo magnético (1) está montado sobre un armazón móvil (4) que comprende un dominio cerrado, en el que el aparato está dotado de medios (5) para impulsar el armazón móvil y medios para determinar coordenadas y orientación del, como mínimo, un sensor de campo magnético.

19. Aparato, según la reivindicación 17, en el que el, como mínimo, un sensor (1) de campo magnético es un componente único.