[發明專利]一種感應式脈沖壓縮磁聲檢測方法及系統

在審

• 申請號: 202210168364.5
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN115372416A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 楊延菊;程春磊;楊文耀;張曉宇;田亮亮;宋靜;張圣明;肖英豪;劉洋;周濤
• 申請（專利權）人: 重慶文理學院
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 施永卿

本發明提供一種感應式脈沖壓縮磁聲檢測方法，首先通過脈沖壓縮磁場激勵模塊（100）與磁鐵靜磁場模塊（200）激勵電極材料（600）產生熱聲效應與磁聲效應，然后通過陣列布置在電極材料（600）周圍的超聲換能器（300）接收熱聲信號與磁聲信號，最后通過信號采集模塊（400）、電導率模塊（500）收集超聲信號、及重建電極材料（600）的電導率；其中，電導率模塊（500）通過時間反演法與最小二乘迭代算法進行電極材料（600）電導率的重建。該方法能夠實現非接觸式檢測超級電容器電極材料的電導率、不會對電極材料造成破壞，且該方法需求的脈沖壓縮磁場強度低、能耗低，采用系統小型化、便于攜帶。

技術領域

本發明涉及電導率檢測技術領域，具體涉及一種感應式脈沖壓縮磁聲檢測方法及系統。

背景技術

隨著化石燃料的不斷枯竭以及環境污染等問題日益嚴重，目前尋求高效、環保、實用的可替代能源也成為人們最迫切的任務之一；如今，傳統的鋰離子電池已經成為了人類生活中不可缺少的一部分，為便攜式電子產品的革命提供新的選擇方向。然而，對于電動汽車、電網存儲等規模不斷擴大的應用，電化學儲能的激增取決于未來電池的嚴格性能，例如安全性、能量密度、成本要求、存儲容量等，而現有的傳統鋰離子電池性能并不能完全滿足上述要求。超級電容器由于其高安全性、高能量密度、長循環壽命、以及快速充放電與儲能特性而受到人們的廣泛關注。

超級電容器的性能優劣與其電極材料的電導率緊密相關，即其電導率大小直接決定超級電容器的充放電性能，因此，在研制與生產超級電容器過程中，對其電極材料電導率的檢測是至關重要的環節。目前，超級電容器電極材料的電導率檢測方法主要為四探針法和感應式熱聲檢測法兩種。四探針法為接觸式檢測方法，檢測過程中探針與電極材料接觸易造成材料的損壞、從而直接導致檢測后的超級電容器報廢、增加生產成本；同時，四探針法檢測的目標體形狀為圓形或矩形，其針對對象固定、適用對象窄。相比于接觸式檢測法，作為非接觸式的感應式熱聲檢測法不會與電極材料接觸、不會造成材料損傷，同時對于檢測材料的形狀沒有限定、適用對象廣；然而，感應式熱聲檢測法需求的交變磁場大、耗能高、檢測成本高，且感應式熱聲檢測法系統龐大、不便于攜帶、占地空間大，后期保養、維護困難，工業化、連續性檢測操作復雜。

發明內容

針對以上現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種感應式脈沖壓縮磁聲檢測方法，該方法能夠實現非接觸式檢測超級電容器電極材料的電導率、不會對電極材料造成破壞，且該方法需求的脈沖壓縮磁場強度低、能耗低，采用系統小型化、便于攜帶。

本發明的另一個目的在于提供一種感應式脈沖壓縮磁聲檢測方法所采用的系統。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種感應式脈沖壓縮磁聲檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

首先，將超級電容器的電極材料放置在脈沖壓縮磁場激勵源線圈與磁鐵之間，通過脈沖壓縮磁場激勵源激勵電極材料產生渦流，電極材料內產生熱聲效應(即材料在脈沖壓縮磁場激勵作用下、受熱膨脹，發出熱聲信號)，并與配合磁鐵的靜磁場產生磁聲效應(即渦流在脈沖壓縮磁場激勵與靜磁場激勵作用下，產生洛倫茲力，電極材料受洛倫茲力發生振動、產生磁聲信號)；然后，通過陣列布置在電極材料周圍的超聲換能器接收電極材料受熱膨脹發出的熱聲信號、以及電極材料受洛倫茲力作用發出的磁聲信號(熱聲信號與磁聲信號組成超聲信號、下同)；最后采用信號采集模塊處理超聲換能器接收到的超聲信號，并利用電導率模塊根據超聲信號重建電極材料的電導率；

所述電導率模塊根據超聲信號重建電極材料的電導率具體為：首先通過時間反演法重建超聲信號中電極材料的熱函數與洛倫茲力散度，然后通過獲得的熱函數與洛倫茲力散度重建電極材料內部的電場強度，最后通過最小二乘迭代算法重建電極材料的電導率分布。

作進一步優化，所述通過時間反演法重建電極材料的熱函數與洛倫茲力散度具體為：

利用時間反演法計算獲得超聲信號中的熱函數空間吸收系數與洛倫茲力散度，具體公式為：