一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，包括電阻檢測單元、主控單元、輸入單元和顯示單元；所述電阻檢測單元包括交流恒流源和電壓檢測電路，所述交流恒流源電連接在待測樣品兩端，所述電壓檢測電路與待測樣品上任意選取的兩個檢測點電連接，并檢測兩個所述檢測點之間的電壓；所述主控單元分別與所述交流恒流源、電壓檢測電路、輸入單元和顯示單元電連接。本實用新型是一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，有效避免了待測樣品本身以及閉合磁路漏磁、繞制線圈麻煩等問題，簡單巧妙，檢測結(jié)果準確，實現(xiàn)了無損精確測量，具有高效率整體檢測、操作方便、高靈敏度等優(yōu)勢，具有較好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電磁無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]材料的磁導(dǎo)率是重要的基本物理常數(shù)，磁性導(dǎo)體材料的磁導(dǎo)率關(guān)系到變壓器、電機、整流器、電感器、信號耦合器、磁致伸縮器件、電聲器件、信號和功率轉(zhuǎn)換器等的品質(zhì)。而且材料的磁導(dǎo)率與材料的成分、結(jié)構(gòu)、熱處理、力學(xué)沖擊、疲勞損傷、電磁屏蔽和干擾等密切相關(guān)，因此基于磁導(dǎo)率的檢測也廣泛應(yīng)用于材料分類、結(jié)構(gòu)檢測、探傷、電磁兼容工程等領(lǐng)域，具有廣泛應(yīng)用。磁導(dǎo)率的有效檢測關(guān)系到產(chǎn)品性能、成本、使用壽命、甚至產(chǎn)品安全。如何準確可靠地測量磁導(dǎo)率有重要意義。
[0003]常規(guī)的磁導(dǎo)率檢測方法主要有:沖擊電流法，示波器法，LC諧振法，感應(yīng)小信號放大法，磁滯回線法，線圈阻抗法(伏安法、VNA法，電橋法)等。這些方法的共同特點是待測樣品本身或待測樣品與探頭構(gòu)成磁回路，并采用激勵和感應(yīng)兩個線圈上信號計算材料磁導(dǎo)率。共同問題是:閉合磁路漏磁難以控制、環(huán)形樣品難以加工、兩線圈松緊程度和位置都可能影響測試。還有一種方法是通過分析二維細長圓柱導(dǎo)體和三維圓環(huán)導(dǎo)體內(nèi)部的電磁場分布，推導(dǎo)并給出由規(guī)則導(dǎo)體內(nèi)部阻抗求磁導(dǎo)率的近似計算公式(含幾何參數(shù))；用阻抗分析儀測量規(guī)則導(dǎo)體內(nèi)部阻抗代入公式計算磁導(dǎo)率的方法。該方法計算和處理復(fù)雜，對樣品的幾何參數(shù)敏感，內(nèi)阻的測量誤差可能影響磁導(dǎo)率計算準確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置。
[0005]本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，包括電阻檢測單元、主控單元、輸入單元和顯示單元;所述電阻檢測單元包括交流恒流源和電壓檢測電路，所述交流恒流源電連接在待測樣品兩端，為待測樣品兩端提供低頻段和高頻段交流信號，所述電壓檢測電路與待測樣品上任意選取的兩個檢測點電連接，并檢測兩個所述檢測點之間的電壓;所述主控單元分別與所述交流恒流源、電壓檢測電路、輸入單元和顯示單元電連接。
[0006]本實用新型的有益效果是:本實用新型的一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，有效避免了待測樣品本身以及閉合磁路漏磁、繞制線圈麻煩等問題，簡單巧妙，檢測結(jié)果準確，實現(xiàn)了無損精確測量，具有高效率整體檢測、操作方便、高靈敏度等優(yōu)勢，具有較好的應(yīng)用前景。
[0007]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實用新型還可以做如下改進:
[0008]進一步:所述交流恒流源的信號頻率由所述主控單元控制可調(diào)。
[0009]上述進一步方案的有益效果是:通過選擇信號頻率連續(xù)可調(diào)的交流恒流源，可以比較方便的切換加在待測樣品兩端的恒流交流信號的頻率，從而方便檢測出兩個所述檢測點之間的高頻電阻和低頻電阻。
[0010]進一步:所述交流恒流源提供的低頻段交流信號的頻率范圍為0-120HZ，高頻段交流信號的頻率范圍為10K-5MHZ。
[0011]上述進一步方案的有益效果是:通過調(diào)節(jié)所述交流恒流源的信號頻率，可比較方便的檢測出待測樣品上兩個所述檢測點之間部分在高頻交流恒流源和低頻交流恒流源激勵下的電阻值。更為重要的是，對于常見的大部分鐵磁性材料，在上述頻率范圍內(nèi)其電阻率基本保持不變，這樣也可以使得檢測結(jié)果更加準確。
[0012]進一步:所述電壓檢測電路包括放大器、濾波器和AD轉(zhuǎn)換電路。所述放大器與待測樣品上兩個所述檢測點電連接，對兩個所述檢測點之間的電壓信號放大;所述濾波器電連接在所述放大器與所述AD轉(zhuǎn)換電路之間，并對放大后的所述電壓信號進行濾波處理;所述AD轉(zhuǎn)換電路電連接在所述濾波器與所述主控單元之間，用于對放大濾波后的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。
[0013]上述進一步方案的有益效果是:通過所述放大器和濾波器可以對兩個所述檢測點之間的電壓信號依次進行放大和濾波處理，可以去除信號中的無用信號，提高檢測結(jié)果的精度。
[0014]進一步:所述電壓檢測電路包括鎖相放大器，且所述交流恒流源與所述鎖相放大器電連接，并為所述鎖相放大器提供同步信號。上述進一步方案的有益效果是:通過所述鎖相放大器對兩個所述檢測點之間的電壓信號進行鎖相放大處理，并抑制噪聲，提高檢測結(jié)果的精度。
[0015]進一步:所述主控單元采用單片機，如Atmegal6微控制器。
[0016]上述進一步方案的有益效果是:ATmegal6是基于增強的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmegaie的數(shù)據(jù)吞吐率高達IMI PS/MHz，從而滿足測控和數(shù)據(jù)處理需要。
[0017]進一步:所述輸入單元為鍵盤或觸摸顯示屏，接收外部輸入的待測樣品電阻率或兩個所述檢測點之間的長度、待測樣品的直徑以及高頻和低頻交流信號頻率。
[0018]進一步:還包括呈封閉立體狀的外殼，所述交流恒流源、電壓檢測電路和主控單元均設(shè)置在所述外殼內(nèi)，所述輸入單元和顯示單元均設(shè)置在所述外殼的一側(cè)面板上。
[0019]上述進一步方案的有益效果是:通過上述方式可以使得整個檢測裝置方便攜帶和轉(zhuǎn)移，操作簡單，顯示直觀，大大提高了檢測效率。
[0020]進一步:所述外殼上設(shè)有所述顯示單元一側(cè)的面板上還設(shè)四個接線端子，其中兩個所述接線端子與所述交流恒流源電連接，另外兩個所述接線端子與所述電壓檢測電路電連接。
[0021]上述進一步方案的有益效果是:通過所述接線端子可以方便將外部待測樣品與所述電壓檢測電路和交流恒流源電連接，使用的時候非常方便。
[0022]進一步:所述接線端子為BNC接口。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型的一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置電氣結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本實用新型的一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置面板示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0026]如圖1所示，一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置電氣結(jié)構(gòu)示意圖，包括電阻檢測單元、主控單元、輸入單元和顯示單元;所述電阻檢測單元包括交流恒流源和電壓檢測電路，所述交流恒流源電連接在待測樣品兩端，所述電壓檢測電路與待測樣品上任意選取的兩個檢測點電連接，并檢測兩個所述檢測點之間的電壓;所述主控單元分別與所述交流恒流源、電壓檢測電路、輸入單元和顯示單元電連接。
[0027]本實施例中，所述交流恒流源的信號頻率由所述主控單元控制可調(diào)。通過選擇信號頻率連續(xù)可調(diào)的交流恒流源，可以比較方便的切換加在待測樣品兩端的恒流交流信號的頻率，從而方便檢測出兩個所述檢測點之間的高頻電阻和低頻電阻。
[0028]本實施例中，所述交流恒流源提供的低頻段交流信號的頻率范圍為通過調(diào)節(jié)所述交流恒流源的信號頻率，可比較方便的檢測出待測樣品上兩個所述檢測點之間部分在高頻交流恒流源和低頻交流恒流源激勵下的電阻值。更為重要的是，對于常見的大部分鋼鐵材質(zhì)，在上述頻率范圍內(nèi)的交流恒流源信號的激勵下，其電阻率基本保持不變，這樣也可以使得檢測結(jié)果更加準確。
[0029]優(yōu)選地，所述交流恒流源提供的低頻段交流信號的頻率范圍為10-120HZ，高頻段交流信號的頻率范圍為20K-1MHZ。
[0030]優(yōu)選地，所述電壓檢測電路包括放大器、濾波器和AD轉(zhuǎn)換電路。所述放大器與待測樣品上兩個所述檢測點電連接，對兩個所述檢測點之間的電壓信號放大;所述濾波器電連接在所述放大器與所述AD轉(zhuǎn)換電路之間，并對放大后的所述電壓信號進行濾波處理;所述AD轉(zhuǎn)換電路電連接在所述濾波器與所述主控單元之間，用于對放大濾波后的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。通過所述放大器、濾波器和AD轉(zhuǎn)換電路可以對兩個所述檢測點之間的電壓信號依次進行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，可以去除信號中的無用信號，提高檢測結(jié)果的精度。
[0031]本實施例中，所述輸入單元為鍵盤或觸摸顯示屏，用于接收外部輸入的待測樣品電阻率或兩個所述檢測點之間的長度、待測樣品的直徑以及高頻和低頻交流信號頻率。
[0032]優(yōu)選地，所述電壓檢測電路包括鎖相放大器，且所述交流恒流源與所述鎖相放大器電連接，并為所述鎖相放大器提供同步信號。通過所述鎖相放大器對兩個所述檢測點之間的電壓信號進行鎖相放大處理，并抑制噪聲，提高檢測結(jié)果的精度。
[0033]本實施例中，所述主控單元采用單片機，如Atmegal6微控制器。ATmegal6是基于增強的AVR RI SC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmegal6的數(shù)據(jù)吞吐率高達lMIPS/MHz，從而可以緩解系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。當(dāng)然，所述主控單元也可以采用其他嵌入式系統(tǒng)，這里不做限定。
[0034]本實施例中，所述顯示單元為液晶顯示器或LED顯示器。
[0035]本實用新型的一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置還包括呈封閉立體狀的外殼，所述交流恒流源、電壓檢測電路和主控單元均設(shè)置在所述外殼內(nèi)，所述輸入單元和顯示單元均設(shè)置在所述外殼的一側(cè)面板上，如圖2所示。通過上述方式可以使得整個檢測裝置方便攜帶和轉(zhuǎn)移，操作簡單，顯示直觀，大大提高了檢測效率。
[0036]本實施例中，所述外殼上設(shè)有所述顯示單元一側(cè)的面板上還設(shè)四個接線端子，其中兩個所述接線端子與所述交流恒流源電連接，另外兩個所述接線端子與所述電壓檢測電路電連接。圖2中，I和4接線端子在所述外殼內(nèi)與交流恒流源電連接，外部與待測樣品所測兩點的外側(cè)或樣品兩端電連接，2和3接線端子與在所述外殼內(nèi)的電壓檢測電路電連接，夕卜部與待測樣品上任意選取的兩個檢測點電連接。通過所述接線端子可以方便將外部待測樣品與所述電壓檢測電路和交流恒流源電連接，使用的時候非常方便。
[0037]優(yōu)選地，所述接線端子為BNC接口。
[0038]在所述輸入單元上，“fl”為交流恒流源低頻頻率輸入按鈕，“ft”為交流恒流源高頻頻率輸入按鈕，“P”為待測樣品輸入按鈕(這里，如果已知待測材料的電阻率，則可以通過按下此按鈕然后直接通過數(shù)字鍵輸入)，“d”為待測樣品直徑輸入按鈕，“L”為待測樣品上任意選取的兩個檢測點之間距離輸入按鈕，“C”為刪除按鈕，“0K”為確認按鈕，“〈”為所述顯示單元上光標(biāo)左移按鈕，“〉”為所述顯示單元上光標(biāo)右移按鈕，“<”和“〉”按鍵可配合“C”、“0K”等其他按鍵方便輸入或修改信息，其余為數(shù)字輸入按鈕。
[0039]在實際檢測過程中，先在直徑為d的圓柱形待測樣品上任意選取相距為L的兩個檢測點，手工輸入低頻頻率、電阻率P和直徑d(或間距L)后，裝置檢測并自動計算兩個所述檢測點之間的低頻電阻值Ro;然后調(diào)整所述交流恒流源的頻率至高頻，再檢測待測樣品上兩個所述檢測點之間的高頻電阻值R;最后主控單元根據(jù)待測樣品上所述兩個檢測點之間的低頻電阻值Ra、高頻電阻值R、電阻率P和直徑d(或間距L)計算待測樣品的相對磁導(dǎo)率yr，并在顯示屏顯示出相對磁導(dǎo)率的測量值。
[0040]圖2所示輸入單元的20按鍵的替代方案可以是:由簡單6個按鍵，上、下、左、右、刪除、確認按鍵配合屏幕顯示和程序完成信息輸入。
[0041]圖2所示輸入單元的20按鍵及顯示屏替代方案還可以是:由觸摸屏完成信號輸入和顯不。
[0042]本實用新型的一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，有效避免了待測樣品本身以及閉合磁路漏磁、繞制線圈麻煩等問題，簡單巧妙，檢測結(jié)果準確，實現(xiàn)了無損精確測量，具有高效率整體檢測、操作方便、高靈敏度等優(yōu)勢，具有較好的應(yīng)用前景。
[0043]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:包括電阻檢測單元、主控單元、輸入單元和顯示單元； 所述電阻檢測單元包括交流恒流源和電壓檢測電路，所述交流恒流源電連接在待測樣品兩端，為待測樣品兩端提供低頻段和高頻段交流信號，所述電壓檢測電路與待測樣品上任意選取的兩個檢測點電連接，并檢測兩個所述檢測點之間的電壓； 所述主控單元分別與所述交流恒流源、電壓檢測電路、輸入單元和顯示單元電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:所述交流恒流源的信號頻率由所述主控單元控制可調(diào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:所述交流恒流源提供的低頻段交流信號的頻率范圍為0-120HZ，高頻段交流信號的頻率范圍為10K-5MHz。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:所述電壓檢測電路包括放大器、濾波器和AD轉(zhuǎn)換電路； 所述放大器與待測樣品上兩個所述檢測點電連接，對兩個所述檢測點之間的電壓信號放大;所述濾波器電連接在所述放大器與所述AD轉(zhuǎn)換電路之間，并對放大后的所述電壓信號進行濾波處理； 所述AD轉(zhuǎn)換電路電連接在所述濾波器與所述主控單元之間，用于對放大濾波后的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:所述電壓檢測電路包括鎖相放大器，且所述交流恒流源與所述鎖相放大器電連接，并為所述鎖相放大器提供同步信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:所述主控單元采用單片機。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:所述輸入單元為鍵盤或觸摸顯示屏，接收外部輸入待測樣品電阻率或兩個所述檢測點之間的長度、待測樣品的直徑以及高頻和低頻交流信號頻率。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:還包括呈封閉立體狀的外殼，所述交流恒流源、電壓檢測電路和主控單元均設(shè)置在所述外殼內(nèi)，所述輸入單元和顯示單元均設(shè)置在所述外殼的一側(cè)面板上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:所述外殼上設(shè)有所述顯示單元一側(cè)的面板上還設(shè)四個接線端子，其中兩個所述接線端子與所述交流恒流源電連接，另外兩個所述接線端子與所述電壓檢測電路電連接。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種基于趨膚效應(yīng)的鐵磁導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率檢測裝置，其特征在于:所述接線端子為BNC接口。
【文檔編號】G01R33/12GK205562775SQ201620304888
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】楊勇, 安虹宇, 楊文璐, 湯型正, 王華俊
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）