非接触式的金属材质电导率测量方法及系统技术方案

本公开提供了非接触式的金属材质电导率测量方法，该方法包括：测量被测试金属件所对应的涡流磁场ΔB0(z)，其中，所述测量系统为轴对称结构或者等效轴对称结构；建立涡流磁场与被测试金属件电导率的关系式；根据测量系统测量并结合涡流磁场与被测试金属件电导率的关系式，获取被测试金属件电导率。本发明专利技术通过搭建测试系统测试被测试金属件所对应的涡流磁场，并通过预先存储建立的涡流磁场与被测试金属件电导率的关系式，得到金属的电导率，从而不需要采取当量比较，也不需要通过鉴别被测试金属件与标块间的差别来实现测量。因此，本方法实质为一种更为便捷、非接触式的直接测量方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
非接触式的金属材质电导率测量方法及系统


[0001]本公开涉及电导率测量方法
，尤其涉及非接触式的金属材质 电导率测量方法及系统。

技术介绍

[0002]传统的金属电导率测量大多采用在导体两端施加电流信号，通过测量 两端电压信号，利用欧姆定律计算得到导体电阻的方法。由于电阻除了与 材料电导率有关以外，还与导体的长度和截面积有关，因此需要再根据导 体的尺寸和施加电流信号的边界条件计算出导体的电导率。这种计算和测 量方法的缺点是依赖于导体的尺寸，并且必须对导体通入电流信号，属于 接触式测量。这类方法的测量精度受到电极接触方式和导体电导率量级的 影响较大，特别是被测导体电导率非常高的情况下，施加的电流信号在导 体两端产生的电压信号非常微弱，从而导致测量误差较大。
[0003]涡流检测是基于电磁感应原理的一种无损检测技术，与前面分析的传 统金属电导率测量方法相比较，虽然两者之间电流施加方式不一样，但是 导体内部涡流的检测同样受到电极接触方式等因素的影响，检测过程极其 不方便，仍然属于接触式测量。这种方法最大缺点是电路复杂，测量结果 干扰因素多，参数容易漂移，需要经常进行校准，不能实现对电导率自动 连续地测量。同时，线圈作为中间物理环节，是将受涡流影响的磁场信号 转换成电压信号，即电压信号包含了除了被测材料电导率以外的其他诸多 非有用信号。这必然带来许多不必要的干扰，并且受到激励电流频率和幅 值大小的影响。因此，只有完全摆脱检测线圈的束缚，才能真正实现金属 材料电导率精确的非接触式测量。另一方面，建立涡流磁场与金属电导率 的关系，若单纯从实验方法建立它们之间的联系，必须建立非常庞大的样 本数据库，并且对实验装置的要求也非常的高。若单纯从电磁学原理方程 出发，建立两者的精确数学关系表达式，同样会涉及到非常复杂的数学推 导和计算。

技术实现思路

[0004]本公开针对上述问题，提出非接触式的金属材质电导率测量方法。
[0005]为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提出如下技术方案：
[0006]第一方面，提供了非接触式的金属材质电导率测量方法，包括以下步 骤：S101.通过测量系统测量被测试金属件所对应的涡流磁场ΔB0(z)，其 中，所述测量系统为轴对称结构或者等效轴对称结构；
[0007]S102.数据处理模块进行存储建立的相应测量系统中的涡流磁场与被 测试金属件电导率的关系式；
[0008]S103.根据测量系统测量涡流磁场ΔB0(z)并结合涡流磁场与被测试金 属件电导率的关系式，获取被测试金属件电导率。
[0009]在一些实施方式中，获取涡流磁场ΔB0(z)的步骤，包括：
[0010]测量之前，获得测量探头所对应的源场B0(z)，包括：将对应测量探头 单独放入空
间区域，并确保周围没有金属物质，此时磁场传感器输出值即 源场B0(z)；
[0011]测量过程中，将测量探头放置在被测试金属件表面，记录下此时磁场 传感器输出值，此时磁场传感器输出值为源场和涡流磁场之和B(z)。
[0012]将测量记录值B(z)减去之前得到的源场B0(z)，就可以得到被测试金属 件所对应的涡流磁场ΔB0(z)。
[0013]在一些实施方式中，建立涡流磁场与被测试金属件电导率的关系式， 是用于对所述测量探头反馈的测量信号进行分析以及运用预先存储的算法， 包括以下步骤：
[0014]获取测量系统的区域中磁感应强度各分量的数学表达式；
[0015]根据数学表达式并利用不同金属材质所对应的涡流磁场进行取模运 算，得到的结果再进行最小二乘法拟合，得到轴向涡流磁场与电导率关系 曲线；
[0016]通过曲线拟合，建立以下轴向涡流磁场与电导率关系表达式：
[0017]y＝－0.01375098369612x2+0.24014968145481x+0.11463161109536
[0018]其中，表达式中y表示轴向涡流磁场强度值，单位为10
‑3T，x表示为 被测试金属件的电导率值，单位为107S/m；
[0019]采用多项式求根函数roots，可以根据测量得到的涡流磁场，获得被测 试金属件的电导率。
[0020]在一些实施方式中，获取测量系统的区域中磁感应强度各分量的数学 表达式，包括以下步骤：
[0021]步骤1.采用圆柱坐标系，此时磁矢势A仅有圆周分量，得出在径向位 置r和轴向位置z的函数，并根据变量分离法结合测试系统满足的电磁学 方程获得磁矢势A，A表示为特征函数的级数和形式：
[0022][0023]其中J1表示一类一阶Bessel函数，Y1表示二类一阶Bessel 函数，A
i
、B
i
、C
i
和D
i
为未知系数；
[0024]步骤2.激励线圈与被测试金属件之间为采用的空气域，函数Y1发散，因此B
i
＝0，根据测试系统不同媒介之间所满足的电磁学边界条件， 获得激励线圈与被测试金属件之间空气域的磁矢势解析表达式为：
[0025][0026]其中，A
S
为激励线圈所产生的源场磁矢势，A
e
表示为被测试金属件内 部涡流引起的磁矢势；
[0027]步骤3.根据以下计算公式并结合获取的激励线圈上方空间区域磁矢势
[0028][0029]可以得到区域(0≤z≤z1)处磁感应强度各分量的解析表达式：
[0030][0031]其中，特征值α
i J1(α
i
h)＝0为的正根，B0(r)和B0(z)分别代表由激 励 线圈单独作用下的导电试件上方区域的径向和轴向磁场，ΔB0(r)和ΔB0(z) 分别代表由试件内部感应涡流引起的径向和轴向涡流磁场。
[0032]第二方面，提供电导率测试系统，用于执行上述非接触式的金属材质 电导率测量方法，包括：
[0033]激励装置，用于产生激励信号并进行处理输送给测试探头；
[0034]测试探头，用于产生检测被试件表面的磁场信号，并将所述磁场信号 转换为电压信号发送给数据处理模块；
[0035]数据处理模块，用于对所述测量探头反馈的测量信号进行分析以及运 用预先存储的求解算法，得到被测试金属件的电导率值。
[0036]在一些实施方式中，所述测试探头包括激励线圈和磁场传感器；
[0037]所述激励线圈用于产生检测被测试金属件表面的磁场信号；
[0038]所述磁场传感器用于检测被测金属试件上方的磁场信号，并将所述磁 场信号转化为电压信号。
[0039]在一些实施方式中，激励装置包括有相连接的信号发生器和功率放大 器，
[0040]信号发生器，用于产生激励信号：
[0041]功率放大器，用于对的激励信号进行放大，功率放大器的输出端连接 的激励线圈。
[0042]在一些实施方式中，磁场传感器与激励线圈之间设置隔离层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非接触式的金属材质电导率测量方法，其特征在于，包括：S101.通过测量系统测量被测试金属件所对应的涡流磁场ΔB0(z)，其中，所述测量系统为轴对称结构或者等效轴对称结构；S102.数据处理模块进行存储建立的相应测量系统中的涡流磁场与被测试金属件电导率的关系式；S103.根据测量系统测量涡流磁场ΔB0(z)并结合涡流磁场与被测试金属件电导率的关系式，获取被测试金属件电导率。2.根据权利要求1所述的非接触式的金属材质电导率测量方法，其特征在于，获取涡流磁场ΔB0(z)的步骤，包括：测量之前，获得测量探头所对应的源场B0(z)，包括：将对应测量探头单独放入空间区域，并确保周围没有金属物质，此时磁场传感器输出值即源场B0(z)；测量过程中，将测量探头放置在被测试金属件表面，记录下此时磁场传感器输出值，此时磁场传感器输出值为源场和涡流磁场之和B(z)。将测量记录值B(z)减去之前得到的源场B0(z)，就可以得到被测试金属件所对应的涡流磁场ΔB0(z)。3.根据权利要求1所述的非接触式的金属材质电导率测量方法，其特征在于，建立涡流磁场与被测试金属件电导率的关系式，是用于对所述测量探头反馈的测量信号进行分析以及运用预先存储的算法，包括以下步骤：获取测量系统的区域中磁感应强度各分量的数学表达式；根据数学表达式并利用不同金属材质所对应的涡流磁场进行取模运算，得到的结果再进行最小二乘法拟合，得到轴向涡流磁场与电导率关系曲线；通过曲线拟合，建立以下轴向涡流磁场与电导率关系表达式：y＝－0.01375098369612x2+0.24014968145481x+0.11463161109536其中，表达式中y表示轴向涡流磁场强度值，单位为10
‑3T，x表示为被测试金属件的电导率值，单位为107S/m；采用多项式求根函数roots，可以根据测量得到的涡流磁场，获得被测试金属件的电导率。4.根据权利要求3所述的非接触式的金属材质电导率测量方法，其特征在于，获取测量系统的区域中磁感应强度各分量的数学表达式，包括以下步骤：步骤1.采用圆柱坐标系，此时磁矢势A仅有圆周分量，得出径向位置r和轴向位置z的函数，并根据变量分离法结合测试系统满足的电磁学方程获得磁矢势A，A表示为特征函数的级数和形式：其中J1表示一类一阶Bessel函数，Y1表示二类一阶Bessel函数，A
i
、B
i
、C
i
和D
i
为未知系数，r为圆周径向位置，z为圆周轴向位置；步骤2.激励线圈与被...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋峰，陶丽，
申请(专利权)人：蒋峰，
类型：发明
国别省市：