[发明专利]一种用于测量圆柱体导体材料参数的装置及其方法

权利要求书

1.一种测量圆柱体导体材料参数的装置，其特征是，包括信号发生器(1)、频率计(2)、电流表(A)、电压表(V)、相位表工作线圈(A1)、比较线圈(A2)及经与其连接的数据卡(3)和计算机(4)作电信号方式的连接构成；

所述的工作线圈(A1)，比较线圈(A2)是三个完全相同的线圈，即它们线圈的匝数和绕制方式完全相同；

AI.0，AI.1引脚为数据卡(3)模拟输入口，AO.0引脚为模拟输出口。

2.如权利要求1所述的一种测量圆柱体导体材料参数的装置，其特征是，所述的信号发生器(1)为-正弦波发生器，数据卡(3)为-NI-6251；

其中，信号发生器(1)和频率计(2)由使用软件LabVIEW的图形编程G语言编程计算机仿真实现经数据卡(3)NI-6251输出。

3.如权利要求1所述的一种测量圆柱体导体材料参数的测量方法，其特征是，

根据欧姆定理和圆柱形导体的磁场渗透公式，得到空载时的传感器线圈内的磁流Φ₀和插入圆柱导体以后圆柱导体横截面上渗透的磁流Φ₂为：

Φ0=B0S=μ0H0παπ2---(1)]]>

Φ2=∫sB ds---(2)]]>

其中：

B₀-空载时传感器线圈内的磁感应强度；

H₀-插入圆柱导体时圆柱导体体外的磁场强度；

α_π-传感器工作线圈的半径；

μ₀-真空磁导率，4π×10^-7H/m；

B-插入圆柱导体时圆柱导体横截面上的磁感应强度；

S-导体横截面积；

利用贝塞尔公式推导公式(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-填充系数，其表达式为：

η=α2απ2---(5)]]>

令m=Φ2Φ0μγη=2Kα·I1(Kα)I0(Kα)---(6)]]>

其中：

Φ₀-空载时的传感器线圈内的磁流；

Φ₂-插入圆柱导体以后圆柱导体横截面上渗透的磁流；

α-传感器线圈的半径；

α_π-被测圆柱导体的半径

进而可以得到m的幅值M和相角的表达式：

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

公式(7)，(8)中含有参数X的零阶和一阶开尔文函数ber₀x，bei₀x，ber₁x，bei₁x，

其中：X=α2πμ0μγσf---(9)]]>

和f-磁场频率；

μ₀-真空磁导率，4π×10^-7H/m；

M的相对增量

X的相对增量：

的绝对增量：

由公式(6)可知M的表达式为：

M=E2E0μγη---(12)]]>

这里：E₂-线圈的电动势；

      E₀-在空载情况下线圈的电动势。

由(12)可以得到：

μγ=E2E0ηM---(13)]]>

由公式(9)可以确定导体相对电导率6的值，即

σ=X22πα2μ0μγf---(14)]]>

如果用公式(13)来计算μ_γ的时候，参数α，E₀，α_π是不变量，因此可以确定相对增量

把(13)代入到(14)，可转化成公式：

来推导σ的相对变化量的表达式：

δσσc=2δXXc+δMMc-δE2E2c---(16)]]>

把(16)进一步整理，得到公式：

设上式的中括弧内的表达式设为B₁，则公式(17)就可以变换成：

同样的方法，设则公式(15)可以转化为：

如果设δμγμγc=D---(20)]]>

δσσc=G---(21)]]>

则可以推导出：

δμγ=μγ-μγc=Dμγc⇒μγ=μγc(1+D)---(22)]]>

δσ=σ-σc=Gσc⇒σ=σc(1+G)---(23)]]>

显然，公式(22)和(23)就是通过相对变化量而求相对磁导率μ_γ和有效电导率σ绝对值的公式；

根据公式(22)和(23)求相对磁导率μ_γ和有效电导率σ就必须先得到δE₂和这两个电信号；

还包括如下检测步骤：

把与被测件直径相同的标准件放置在比较线圈A2内部，把被测件放置在测量线圈内部以后，就可以从电压表V1、V2和相位表上得到E_2c、δE₂和这三个相应的电信号值；

经计算机运算得到相应的参数值。