[发明专利]一种基于直流电位和涡流检测法的材料电磁属性测量方法

摘要

一种基于直流电位和涡流检测法的材料电磁属性测量方法，该方法实验装置由直流电位法装置和涡流检测法装置组成；实现该方法时，首先通过直流电位法装置中的恒流源给试件施加恒定电流激励，用纳伏表采集电压信号，通过计算可得到试件的电导率；然后通过涡流检测法装置中的激励线圈给试件施加激励，再用检出线圈检出电压信号；由于检出线圈的电压信号与试件的电导率和磁导率均相关，所以在由直流电位法测得试件电导率的前提下就可以对涡流检出信号通过共轭梯度法反演求得材料的磁导率；相较于传统的试件电导率和磁导率的测量方法，本发明方法能达到同时测量磁性材料电导率和磁导率的目的，而且激励频率可调，具有广泛的应用前景。

主权项

1.一种基于直流电位和涡流检测法的材料电磁属性测量方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：搭建实验装置，该实验装置由直流电位法装置和涡流检测法装置组成，直流电位法装置由恒流源、纳伏表、扫描台、数据采集装置和设置在扫描台上的四个探针组成，四个探针依次分别为1号探针、2号探针、3号探针和4号探针，其中恒流源与1号探针和4号探针相连，给其施加恒定电流，纳伏表与2号探针和3号探针相连，测量其之间的电压，数据采集装置与扫描台、纳伏表相连；涡流检测方法装置由信号发生器、功率放大器、锁相放大器、数据采集装置、激励线圈和检出线圈组成，其中信号发生器与功率放大器和锁相放大器相连，激励线圈与功率放大器相连，检出线圈与锁相放大器相连，数据采集装置与锁相放大器相连，通过信号发生器、功率放大器给激励线圈施加正弦信号激励，再用锁相放大器采集检出线圈的电压信号；步骤2：首先将被测试件加工成长度大于厚度的板状试件，并将加工好的板状试件固定在扫描台上；在板状试件的中轴线上等距固定直流电位法的四个探针，并确保探针与探针之间的距离大于板状试件的宽度和厚度；然后用恒流源给1号探针和4号探针施加恒定电流，同时用纳伏表记录2号探针和3号探针间电压的变化；最后用数据采集装置采集n组数据并用式(1‑1)进行计算即得到板状试件的电导率；式中：σ为板状试件的电导率，ρ为板状试件的电阻率，I为恒流源输出的电流，S为2号探针和3号探针之间的距离，Ui为数据采集装置第i次采集的2号探针和3号探针之间的电压，W、H分别为板状试件的宽度和厚度，n为采集的数据组数，i表示当前数据采集装置采集数据的组数编号；步骤3：首先在板状试件上方放置涡流检测法的激励线圈和检出线圈，并利用信号发生器产生预设频率的正弦激励信号，经过功率放大器放大该正弦激励信号并施加给激励线圈；然后用数据采集装置采集通过锁相放大器锁相放大后的检出线圈的电压信号，检出线圈的电压信号V的计算公式如式(1‑2)所示，式中Je为板状试件中的涡流密度，Es为源电流场的电场强度，分别由式(1‑3)和式(1‑4)计算得到；Ip为流经检出线圈的电流，cond.表示检出线圈所处的空间区域；Je＝‑jωσAr                     (1‑3)式中ω为正弦激励信号的角频率，σ为板状试件的电导率，Ar是与涡流场相关的矢量磁位；其中σ为板状试件的电导率，μ为板状试件的磁导率，As为与激励线圈中的激励电流相关的矢量磁位；步骤4：步骤3中由涡流检测装置测得的检出线圈的电压信号V与板状试件的电导率σ和磁导率μ有关，而板状试件的电导率σ可由步骤2中的直流电位法测得，则板状试件的磁导率μ通过对检出线圈的电压信号V采用共轭梯度法反演得到。