[發明專利]一種用于測量圓柱體導體材料參數的裝置及其方法

無效

• 申請號: 200910047900.0
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101839967A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 杜向陽;程武山;范狄慶;余遒
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;G01R27/02
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 何葆芳

1.一種測量圓柱體導體材料參數的裝置，其特征是，包括信號發生器(1)、頻率計(2)、電流表(A)、電壓表(V)、相位表工作線圈(A1)、比較線圈(A2)及經與其連接的數據卡(3)和計算機(4)作電信號方式的連接構成；

所述的工作線圈(A1)，比較線圈(A2)是三個完全相同的線圈，即它們線圈的匝數和繞制方式完全相同；

AI.0，AI.1引腳為數據卡(3)模擬輸入口，AO.0引腳為模擬輸出口。

2.如權利要求1所述的一種測量圓柱體導體材料參數的裝置，其特征是，所述的信號發生器(1)為-正弦波發生器，數據卡(3)為-NI-6251；

其中，信號發生器(1)和頻率計(2)由使用軟件LabVIEW的圖形編程G語言編程計算機仿真實現經數據卡(3)NI-6251輸出。

3.如權利要求1所述的一種測量圓柱體導體材料參數的測量方法，其特征是，

根據歐姆定理和圓柱形導體的磁場滲透公式，得到空載時的傳感器線圈內的磁流Φ₀和插入圓柱導體以后圓柱導體橫截面上滲透的磁流Φ₂為：

Φ0=B0S=μ0H0παπ2---(1)]]>

Φ2=∫sB ds---(2)]]>

其中：

B₀-空載時傳感器線圈內的磁感應強度；

H₀-插入圓柱導體時圓柱導體體外的磁場強度；

α_π-傳感器工作線圈的半徑；

μ₀-真空磁導率，4π×10^-7H/m；

B-插入圓柱導體時圓柱導體橫截面上的磁感應強度；

S-導體橫截面積；

利用貝塞爾公式推導公式(2)，可得：

Φ2=μ0μγH02παK·I1(Kα)I0(Kα)---(3)]]>

用Φ₂除以Φ₀，得到：

Φ2Φ0=μ0μγH02πα2Kαμ0H0παπ2·I1(Kα)I0(Kα)=μγη2Kα·I1(Kα)I0(Kα)---(4)]]>

其中：η-填充系數，其表達式為：

η=α2απ2---(5)]]>

令m=Φ2Φ0μγη=2Kα·I1(Kα)I0(Kα)---(6)]]>

其中：

Φ₀-空載時的傳感器線圈內的磁流；

Φ₂-插入圓柱導體以后圓柱導體橫截面上滲透的磁流；

α-傳感器線圈的半徑；

α_π-被測圓柱導體的半徑

進而可以得到m的幅值M和相角的表達式：

M=2X(bei1X)2+(ber1X)2(Bei0X)2+(ber0X)2---(7)]]>

公式(7)，(8)中含有參數X的零階和一階開爾文函數ber₀x，bei₀x，ber₁x，bei₁x，

其中：X=α2πμ0μγσf---(9)]]>

和f-磁場頻率；

μ₀-真空磁導率，4π×10^-7H/m；

M的相對增量

X的相對增量：

的絕對增量：

由公式(6)可知M的表達式為：

M=E2E0μγη---(12)]]>

這里：E₂-線圈的電動勢；

??????E₀-在空載情況下線圈的電動勢。

由(12)可以得到：

μγ=E2E0ηM---(13)]]>

由公式(9)可以確定導體相對電導率6的值，即

σ=X22πα2μ0μγf---(14)]]>

如果用公式(13)來計算μ_γ的時候，參數α，E₀，α_π是不變量，因此可以確定相對增量

把(13)代入到(14)，可轉化成公式：

來推導σ的相對變化量的表達式：

δσσc=2δXXc+δMMc-δE2E2c---(16)]]>

把(16)進一步整理，得到公式：

設上式的中括弧內的表達式設為B₁，則公式(17)就可以變換成：

同樣的方法，設則公式(15)可以轉化為：

如果設δμγμγc=D---(20)]]>

δσσc=G---(21)]]>

則可以推導出：

δμγ=μγ-μγc=Dμγc⇒μγ=μγc(1+D)---(22)]]>

δσ=σ-σc=Gσc⇒σ=σc(1+G)---(23)]]>

顯然，公式(22)和(23)就是通過相對變化量而求相對磁導率μ_γ和有效電導率σ絕對值的公式；

根據公式(22)和(23)求相對磁導率μ_γ和有效電導率σ就必須先得到δE₂和這兩個電信號；

還包括如下檢測步驟：

把與被測件直徑相同的標準件放置在比較線圈A2內部，把被測件放置在測量線圈內部以后，就可以從電壓表V1、V2和相位表上得到E_2c、δE₂和這三個相應的電信號值；

經計算機運算得到相應的參數值。