[發明專利]一種磁電復合材料傳感器的測試方法及系統

有效

• 申請號: 202111243868.0
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113687277B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 龐翠娟;李一波;張曉燕;李宗津;邊金;裴華富;張津瑞
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01L25/00
• 代理公司: 廣州專理知識產權代理事務所(普通合伙) 44493
• 代理人: 鄧易偲

1.一種磁電復合材料傳感器的測試方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S100,設置初始狀態直流磁場，記錄磁電復合材料在初始狀態直流磁場下的初始狀態感應電壓；

S200，設置第一組磁場增量值，記錄磁電復合材料在初始狀態直流磁場下加上第一組磁場增量值后對應的不同感應電壓，將記錄到的不同磁場下對應的不同感應電壓作為第一組增量感應電壓值；

S300，通過第一組磁場增量值、初始狀態感應電壓和第一組增量感應電壓值，進而計算感應電壓對應直流磁場的變化度；

S400，根據變化度設置磁場變化步長，以磁場變化步長改變初始狀態直流磁場，記錄磁電復合材料在改變后的磁場下的感應電壓；

S500，計算獲取感應電壓達到最高值時的直流磁場值；

其中，在S100中，設置初始狀態直流磁場，記錄磁電復合材料在初始狀態直流磁場下的初始狀態感應電壓的方法為：通過直流磁場發生器設置初始狀態直流磁場, 記直流磁場發生器的最低的磁場強度輸出為h0、直流磁場發生器的最高的磁場強度輸出為h2，則記h0與h2的算術平均數為h1，所述初始狀態直流磁場為一個由多個不同的磁場強度值所組成的數組，所述初始狀態直流磁場中的各個不同的磁場強度值為從區間[h0,h1)中通過隨機函數抽取所得,所述磁場強度值的單位為特斯拉，令變量n表示所述初始狀態直流磁場中的磁場強度值的個數，變量i表示所述初始狀態直流磁場中第i個磁場強度值的序號，i∈[1,n]，記所述初始狀態直流磁場為數組H_alp，H_alp(i)表示數組H_alp中序號為i的元素， H_alp=[H_alp(1),…,H_alp(i),…,H_alp(n)];

記錄磁電復合材料在初始狀態直流磁場下的初始狀態感應電壓,所述磁電復合材料為水泥基復合材料，所述磁電復合材料設置有電壓傳感器，所述初始狀態感應電壓為所述磁電復合材料分別在初始狀態直流磁場H_alp中n個磁場強度值下通過電壓傳感器采集到的n個電壓值所組成的數組，所述電壓值的單位為伏特，記初始狀態感應電壓為數組U_alp，U_alp(i)表示數組U_alp中序號為i的元素， U_alp=[U_alp(1),…,U_alp(i),…,U_alp(n)]；

其中，在S200中，設置第一組磁場增量值，記錄磁電復合材料在初始狀態直流磁場下加上第一組磁場增量值后對應的不同感應電壓，將記錄到的不同磁場下對應的不同感應電壓作為第一組增量感應電壓值的方法為：設置第一組磁場增量值，所述第一組磁場增量值為由n個磁場強度的增量值組成的數組，記所述第一組磁場增量值為數組h_1，通過隨機函數從無磁場強度即零特斯拉到單位磁場強度即一特斯拉的區間(0,1)中抽取n個隨機數值表示n個磁場增量值，記數組h_1中序號為i的元素為h_1(i)， h_1=[h_1(1),…,h_1(i),…,h_1(n)]，0h_1(i)1;

將初始狀態直流磁場H_alp中各元素分別加上第一組磁場增量值h_1中的對應相同序號的元素得到一組磁場值H_1記作第一組磁場值， H_1=[H_alp(1)+h_1(1),…, H_alp(i)+h_1(i),…, H_alp(n)+h_1(n)]，記H_1中序號為i的元素為H_1(i)， H_1=[H_1(1),…,H_1(i),…, H_1(n)]，將直流磁場發生器分次設置成H_1中的各個磁場值H_1(i)，并分別通過電壓傳感器記錄在H_1中的序號為i的磁場值H_1(i)下的電壓值記為U_1(i)，各個U_1(i)數值組成的數組記為數組U_1，U_1(i)表示U_1中序號為i的元素，所述U_1即為第一組增量感應電壓值；

其中，在S300中，通過第一組磁場增量值、初始狀態感應電壓和第一組增量感應電壓值，進而計算感應電壓對應直流磁場的變化度的方法為：定義變化度為表示根據一個由多個磁場強度的增量值所組成的數組以及一個由多個電壓增量值所組成的數組而計算所得的感應電壓對應直流磁場的變化程度；

定義第一組電壓增量值為數組u_1，根據數組U_alp和數組U_1計算得到第一組電壓增量值u_1的公式為u_1=[U_1-U_alp]，記u_1中序號為i的元素為u_1(i)，u_1(i)= U_1(i)-U_alp(i)；

記函數Udp()為根據一個由多個磁場強度的增量值所組成的數組以及一個由多個電壓增量值所組成的數組來計算變化度的函數，Udp(h_1,u_1)為根據h_1、u_1計算所得的變化度，根據h_1、u_1計算函數Udp()的公式如下：

所得Udp(h_1,u_1)即為h_1、u_1的變化度；

其中，在S400中，根據變化度設置磁場變化步長，以磁場變化步長改變初始狀態直流磁場，記錄磁電復合材料在改變后的磁場下的感應電壓的方法為：根據變化度設置直流磁場變化步長的具體方法為，將根據第一組電壓增量值u_1和第一組磁場增量值h_1計算所得的變化度Udp(h_1,u_1)記作第一變化度又可記作Udp(1)，將第一組磁場增量值h_1數組中各元素乘以Udp(h_1,u_1)得到的數組記作hs_1數組，以hs_1(i)表示hs_1數組中序號為i的元素， hs_1(i)= h_1(i)* Udp(1)，所得的hs_1數組即表示磁場變化步長記為第1個步長，由此以磁場變化步長改變初始狀態直流磁場，記錄磁電復合材料在改變后的磁場下的感應電壓的具體步驟為：

S401，開始程序；獲取H_1數組；獲取hs_1數組；獲取U_1數組；轉到 S402；

S402，設置變量j；令變量j的數值為1；轉到S4031；

S4031，設置空集合hslist；hslist集合中的元素具有按加入該集合的時間從先到后順序的有序性；轉到S4032；

S4032，設置空數組Hv；設置空數組hsv；設置空數組Uv；設置空數組Uw；轉到S4041；

S4041，將H_1數組中的元素加入到數組Hv；將hs_1數組中的元素加入到數組hsv；將U_1數組中的元素加入到數組Uv；轉到S4042；

S4042，以Hv數組中序號為i的元素與hsv數組中序號為i的元素相加得到Hw數組中序號為i的元素記作Hw(i)，以Hw(i)表示Hw數組中序號為i的元素、Hv(i)表示Hv數組中序號為i的元素、hsv(i)表示hsv數組中序號為i的元素， Hw(i)=Hv(i)+hsv(i)，將各個Hw(i)數值按序號i加入Hw數組；轉到S405；

S405，按照Hw數組中各元素的數值分別設置直流磁場發生器的磁場強度并通過電壓傳感器記錄在Hw中的序號為i的磁場值Hw(i)下的電壓值記為Uw(i)，Uw(i)表示Uw中序號為i的元素，將各個Uw(i)數值按序號i加入數組Uw；轉到S406；

S406，獲取hsv數組；獲取Uv數組；獲取Uw數組；轉到S407；

S407，根據數組Uv和數組Uw計算從數組Uv到數組Uw的增量值的數組作為數組U(v-w)，得到數組U(v-w)的公式為U(v-w)=[Uw-Uv]，Uw(i)表示Uw數組中序號為i的元素、Uv(i)表示Uv中序號為i的元素，Uw(i)-Uv(i)表示Uw數組中序號為i的元素減去Uv中序號為i的元素所得的數值，記U(v-w)中序號為i的元素為U(v-w)(i)，U(v-w)(i)=Uw(i)-Uv(i)；轉到S408；

S408，根據數組hsv和數組U(v-w)通過函數Udp()計算hsv和U(v-w)的變化度為Udp(hsv,U(v-w))，計算Udp(hsv,U(v-w))的公式如下：

所得的Udp(hsv,U(v-w))即為hsv和U(v-w)的變化度；轉到S409；

S409，將hsv數組中各元素乘以Udp(hsv,U(v-w))得到的數組記作hs_2數組，以hs_2(i)表示hs_2數組中序號為i的元素，即hs_2=[hs_2(i)]，hs_2(i)=hsv(i)*Udp(hsv,U(v-w))；轉到S410；

S410，根據U(v-w)數組和hs_2數組計算閾值λ，閾值λ的計算公式為：

計算所得λ即為所求閾值，判斷是否滿足約束條件λ0，若是則轉到S4101，若否則轉到S4102；

S4101，計算得到數組U(v-w)中各元素的算術平均數為u；計算得到數組hs_2中各元素的算術平均數為h；將j的數值和u的數值組成一個鍵值對，以j的數值為該鍵值對的鍵,并以u的數值與h的數值組成的數組記作[u,h]為該鍵值對的值，其中u記為該鍵值對的值的第一值、h記為該鍵值對的值的第二值，將該鍵值對記作j,[u,h]；將鍵值對j,[u,h]加入集合hslist中；轉到S4102；

S4102，若hslist為空集合，轉到S4103，若hslist不為空集合，則將集合hslist中所有的鍵值對的值的第二值組成的集合記作集合hset；判斷集合hset中各元素的數值的算術平均值是否大于或等于直流磁場發生器的最高的磁場強度輸出h2的數值，若是則轉到S4104，若否則轉到S4103；

S4103，令j的數值增加1；將hsv數組中元素清空，并將hs_2數組中的元素加入到hsv數組中；將Uv數組中元素清空，將Uw數組中的元素加入到Uv數組中，并將Uw數組中元素清空；將Hv數組中元素清空，將Hw數組中的元素加入到Hv數組中，并將Hw數組中元素清空；轉到S4042；

S4104，輸出集合hslist；結束程序；

其中，輸出的集合hslist，在hslist的各元素中，各元素的第一值為改變磁場后記錄的電壓，各元素的第二值為本元素的第一值對應改變的磁場強度。