[发明专利]一种基于电磁涡流检测的无接触式球形金属导体特性参数测量方法

说明书

本发明涉及一种基于电磁涡流检测的无接触式球形金属导体特性参数测量方法，包括步骤：将阻抗分析仪的输出端口接入励磁线圈两端，将阻抗分析仪的接收端口接入接收线圈两端；阻抗分析仪的输出端口产生交变电流，阻抗分析仪中FPGA模块的数字合成模块产生激励信号，向励磁线圈提供电磁涡流信号的激励来源。本发明的有益效果是：本发明利用电磁涡流信号仅在管壁近表面传输的趋肤效应，结合单一频率电磁涡流检测技术可以抑制提离效应带来的非线性变化，实现工业中对球形金属导体的高精度和高性能的相关参数检测，例如用于检测金属导体平面的厚度。本发明主要适用于精度要求高，必须进行无损检测的球形金属件。

技术领域

本发明属于用电磁涡流进行无接触式尺寸计量技术领域，尤其涉及一种基于电磁涡流检测的无接触式球形金属导体特性参数测量方法。

背景技术

球形金属导体广泛运用于工业生产过程，金属球体可以作为机器人、飞机、汽车和医疗切屑的轴承，还可以作为气体和石油的运输容器或存储容器，此外，空心的金属球体外壳对于屏蔽电磁干扰也有重要作用。这种金属球体的安全性很大程度由球体的尺寸和表面的完整性决定，因此，工业中需要一种无损伤的、非接触式的金属球体尺寸测量技术。

现有的金属球体尺寸测量技术大多数是基于光路布局或斐索干涉等光学方法来实现对于金属球半径的无接触式测量，现有的金属球体尺寸测量技术不仅测试工具成本高，而且仅能检测球形轮廓后计算半径，无法检测球形元件的壁厚、评估金属球表面层厚度、电导率、磁导率等参数信息。在工业应用中局限性高，并且测试环境要求严苛，难以实现广泛测试。

电磁涡流检测具有高灵敏度与对测试对象的广泛适应性，可在检测材料的电导率、磁导率和评估金属外壳的厚度的同时，保持高精度和低响应时延的特性，可用于检测球形表面完整性和样品半径，能够满足工业生产中对球形金属导体的测试要求。因此，提出一种基于电磁涡流检测的无接触式球形金属导体特性参数测量方法，就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于电磁涡流检测的无接触式球形金属导体特性参数测量方法。

这种基于电磁涡流检测的无接触式球形金属导体特性参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1、将阻抗分析仪的输出端口(电流端口)接入励磁线圈两端，将阻抗分析仪的接收端口(采样端口)接入接收线圈两端；

步骤2、阻抗分析仪的输出端口产生交变电流，阻抗分析仪中FPGA模块的数字合成模块(DDS)产生激励信号，向励磁线圈提供电磁涡流信号的激励来源；励磁线圈产生多种电磁涡流信号，电磁涡流信号通过待测样品球形金属导体表面传输至接收线圈，用于检测金属球面的完整性；接收线圈接收励磁线圈在待测样品球形金属导体表面产生的电磁涡流信号及产生的变化阻抗，并实时监测电磁涡流信号发生突变时的突变信号；阻抗分析仪的接收端口在FPGA模块的控制下对接收线圈的接收信号进行采集，将采集到的信号反馈至模数转换器电路(ADC)，模数转换器电路将模拟电压信号转换为数字信号；FPGA模块通过数字I/Q解调器来解调接收到的数字信号，FPGA模块将有效数据导出至数据处理终端进行数据运算和分析；

步骤3、由步骤2获得电磁涡流信号产生的变化阻抗ΔZ后，通过阻抗变化和激励频率的比率关系，找到阻抗虚部随激励频率变化的最小值，可以准确得到峰值频率值：

[a，f]＝min(imag((ΔZ/jω)))

上式中，f为峰值频率，a为在峰值频率f下产生的阻抗虚部最小值，imag()为取虚部公式，ΔZ为电磁涡流信号产生的变化阻抗，j为虚数单位，ω为激励角频率；

步骤4、通过步骤3所得峰值频率值与提离距离的负相关线性关系，将图线方程拟合后求导，发现斜率特性对于不同半径、材料、表面厚度的球形金属导体呈现不同的特性，通过事先存储的数据库中的斜率信息得出待测样品球形金属导体的半径、材料特性和金属壳体厚度信息。