基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法，包括：将圆柱形永磁体的端部连接转矩传感器；驱动圆柱形永磁体绕轴旋转；将导体靠近圆柱形永磁体，在电磁转矩的作用下，圆柱形永磁体转动变慢直至停止，利用转矩传感器测量圆柱形永磁体的旋转角速度随时间的变化过程，获得标定曲线；利用多个导体获得多个标定曲线,完成标定过程；将多个标定曲线拟合得到圆柱形永磁体旋转变化与导体电导率之间的函数关系；对待测导体进行测量，得到电磁转矩或圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化的测量曲线；利用测量曲线的拟合参数和所述的函数关系，可确定待测导体的电导率。本发明可以定量、非接触地检测导体的电导率，具有较高的测量精度和灵敏度。
【专利说明】基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测物体电导率的方法，尤其涉及一种基于测量电磁转矩变化检 测物体电导率的方法。
【背景技术】
[0002] 材料的电导率是反映材料导电性能的一个重要的物性参数，其与材料的成分、内 部组织及温度有关。材料电导率的测量在工程过程检测中有着重要的实用价值，在航空、航 天工业中广泛用于铝、钛及其合金材料的牌号分选、热处理工艺监控等。只有精确地测出这 一参数，才能选择出能够达到预期技术指标的导电材料，使制造出来的器件和设备性能优 良，减少损耗，满足各种工程实践的需要。因此，能够实时、快速地测量材料的电导率是一 个非常重要的问题。
[0003]目前测量导电材料电阻率的方法很多，主要分为接触式和非接触式两大类。接触 式主要是直流四电极法。四电极法的基本原理是基于欧姆定律，通过电流电极在所测导体 中通一个恒定的直流电流，通过测电压电极两点间的电压降，得到导体的电导率。非接触式 则主要有电涡流法及旋转磁场法。电涡流法是根据待测导体电导率差异导致的线圈阻抗变 化得到其电导率。旋转磁场法是将待测导体放在旋转磁场中，其内部产生的感应电流与磁 场作用产生扭转力矩，通过测扭转力矩得到电导率。旋转磁场法与本专利的区别在于其通 过测试样的扭转角得到扭转力矩，而本专利方法在于通过测量曲线与标定曲线之间的函数 关系得到电导率，结构更简单，测量过程更简捷。
[0004]J.Priede利用旋转永磁体设计一种电磁流量计用于测量导电流体流速和流量。他 们采用一个沿径向磁化的圆柱形永磁体，将其置于流动的流体上方。流体作用于永磁体上 的电磁扭矩使永磁体旋转，通过测定永磁体的转速可以获得流体的流速或流量信息。本专 利在测量结构上与该技术方法类似，采用了单个圆柱形永磁体提供磁场，但在实施方式上 该技术方法是利用流动的流体带动永磁体旋转，而本专利是永磁体在外力驱动下获得一定 旋转角速度后再用于测量，此外J.Priede的技术应用领域是利用电磁感应原理测量流量， 而本发明是测量电导率。
[0005]CN102818838A提出一种基于电磁转矩变化的导体中缺陷的无损检测方法。通过 测量一系列带不同尺寸缺陷的圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化，得到一系列标定曲 线，然后使待测导体靠近永磁体得到测量曲线，通过比较测量曲线与标定曲线可以得到被 测物体中缺陷的尺寸。本发明与其区别在于：（1)专利CN102818838A的目标是检测金属导 体中的缺陷，而本专利的目的在于测量导体的电导率；（2)专利CN102818838A中采取逼近 法将测量曲线与标定曲线进行比较，以确定被测物体中缺陷的尺寸，本专利中采用拟合的 方法来确定标定曲线，得到导体电导率与旋转角速度变化之间的函数关系，并以此确定待 测物体的电导率。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种基于测量电磁转矩变化的非直接接触、快速检测物体 电导率的方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种，所述方法包括如下步骤：
[0008] 步骤1，将沿径向磁化的圆柱形永磁体的端部连接一个转矩传感器；
[0009] 步骤2,驱动所述圆柱形永磁体旋转，当所述圆柱形永磁体平稳转动后停止驱动；
[0010] 步骤3,将导体靠近所述圆柱形永磁体，在电磁转矩的作用下，所述圆柱形永磁体 逐渐停止转动，利用所述转矩传感器检测所述圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化的关 系，得到标定曲线；
[0011] 步骤4,分别利用多个不同电导率的导体，重复步骤2和步骤3得到多个标定曲线， 完成标定过程；
[0012] 步骤5,利用所述多个标定曲线进行曲线拟合，得到所述圆柱形永磁体旋转变化与 导体电导率之间的函数关系；
[0013] 步骤6,利用待测导体，重复步骤2和步骤3得到测量曲线；
[0014] 步骤7,利用所述测量曲线的参数和所述函数关系，得到所述待测导体的电导率。
[0015] 所述步骤5中的函数关系具体为：
【权利要求】
1. 一种基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法，其特征在于，所述方法包括如 下步骤： 步骤1，将沿径向磁化的圆柱形永磁体的端部连接一个转矩传感器； 步骤2,驱动所述圆柱形永磁体旋转，当所述圆柱形永磁体平稳转动后停止驱动； 步骤3,将导体靠近所述圆柱形永磁体，在电磁转矩的作用下，所述圆柱形永磁体逐渐 停止转动，利用所述转矩传感器检测所述圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化的关系， 得到标定曲线； 步骤4,分别利用多个不同电导率的导体，重复步骤2和步骤3得到多条标定曲线，完成 标定过程； 步骤5,对所述多条标定曲线进行曲线拟合处理，得到所述圆柱形永磁体旋转变化与导 体电导率之间的函数关系； 步骤6,利用待测导体，重复步骤2和步骤3得到测量曲线； 步骤7,利用所述测量曲线的参数和所述函数关系，得到所述待测导体的电导率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中的函数关系具体为：
其中，A、B为与永磁体的尺寸和转动特性相关的标定参数，通过标定过程确定。
【文档编号】G01R27/02GK104330635SQ201410655554
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】谭艳清, 王晓东 申请人:中国科学院大学