一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼板測厚是工業(yè)領(lǐng)域中常規(guī)技術(shù)，利用傳統(tǒng)量具，如卡尺、千分尺等測量鋼板厚度，操作簡單，但需要利用被測件的雙面進(jìn)行，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或封閉式的設(shè)備和零件則難以合理放置量具以進(jìn)行測量，測量范圍大大受限。為解決此問題，又提出了一系列單側(cè)的厚度測量方法，如超聲波測厚法、磁性測厚法、X射線測厚法，但以上方法目前都存在一定不足。超聲波測厚法要求被測件表面光潔平整，否則將影響測量結(jié)果，且還需耦合劑以實(shí)現(xiàn)檢測；磁性測厚法僅適于覆有磁性材料層的非磁性材料的厚度測量，無法檢測鋼板厚度；x射線測厚法硬件復(fù)雜成本高，且會造成一定污染。而如今對鋼板測量技術(shù)提出更高要求，在滿足測量精度的條件下要求能夠測量表面不規(guī)則的鋼板，甚至要求實(shí)現(xiàn)點(diǎn)測量，而現(xiàn)有技術(shù)均無法很好的滿足需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，滿足更大范圍的使用需求，提出了一種利用鐵磁性材料動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量方法及其系統(tǒng)，測量準(zhǔn)確度可靠，精度高，硬件簡單。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量方法，具體步驟如下:
[0005](I)取材質(zhì)相同，厚度t從小到大依次為tpη塊鋼板樣件；
[0006](2)任取某一厚度的鋼板樣件，緊貼于該鋼板樣件一側(cè)垂直放置直流激勵的U型電磁鐵，對該鋼板樣件進(jìn)行偏置磁化，形成穩(wěn)定的磁化區(qū)域；
[0007](3)于同一側(cè)垂直放置一個U型線圈于所述磁化區(qū)域內(nèi)，并通過該鋼板樣件使得該U型線圈的磁路閉合，使用一電感測試儀檢測該U型線圈的電感值Ru
[0008](4)調(diào)節(jié)該U型電磁鐵的直流激勵電流Ia，從O逐漸遞增；
[0009](5)分別記錄上述第⑷步中該U型電磁鐵的直流激勵電流Ia值和對應(yīng)的U型線圈的電感值&，繪制所測電感值&隨直流激勵電流I /變化的連續(xù)二維曲線；
[0010](6)計算出步驟(5)所得的連續(xù)二維曲線的極值點(diǎn)，以及該極值點(diǎn)所對應(yīng)的最大直流激勵電流Imax;
[0011](7)重復(fù)上述步驟(2)至(6)，直至所有鋼板樣件均測試完畢，得到不同厚度況下的最大直流激勵電流Imax，其中I ( i Sn，通過線性回歸，求解參數(shù)a，b，確定鋼板厚度的量化公式:t = almax+b ；
[0012](8)對同一材質(zhì)的未知厚度鋼板進(jìn)行測量時，進(jìn)行步驟(2)至(6)操作，記錄該未知厚度鋼板所測極值點(diǎn)所對應(yīng)的最大直流激勵電流Imax，帶入步驟(7)中的量化公式，即可得鋼板厚度t。
[0013]作為一種優(yōu)選，所述的η應(yīng)滿足η彡10。
[0014]作為一種優(yōu)選，有效的測量范圍在區(qū)間[tptj內(nèi)。
[0015]本發(fā)明另外提供了一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量系統(tǒng)，包括有一直流激勵的U型電磁鐵、一 U型線圈、一電感測試儀及一信息處理系統(tǒng)；
[0016]所述U型電磁鐵垂直設(shè)置于一鋼板的一側(cè)以對鋼板進(jìn)行磁化形成磁化區(qū)域；
[0017]所述U型線圈垂直設(shè)置于鋼板的同側(cè)所述磁化區(qū)域內(nèi)并通過所述鋼板形成閉合磁路；所述電感測試儀連接所述U型線圈，用于檢測U型線圈的的電感值&從而檢測所述鋼板動態(tài)磁導(dǎo)率的變化；
[0018]所述信息處理系統(tǒng)用于分析計算對應(yīng)最大電感值的最大直流激勵電流1_，以及根據(jù)不同厚度鋼板及相應(yīng)最大直流激勵電流Imax的關(guān)系進(jìn)行線性回歸獲得鋼板厚度的量化公式。
[0019]作為一種優(yōu)選，所述U型線圈的體積小于所述U型電磁鐵。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1.通過改變偏置磁場大小，使不同厚度鋼板達(dá)到相同的最大動態(tài)磁導(dǎo)率，從而確定其厚度與所需偏置磁場的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)鋼板厚度的測量。該發(fā)明方法利用鐵磁性材料的動態(tài)磁導(dǎo)率特性，實(shí)現(xiàn)單側(cè)厚度的測量；并且對被測鋼板的磁化強(qiáng)度較小，減小了能耗；同時，又有效避免了漏磁場對測量結(jié)果的影響。
[0022]2.該方法利用鐵磁性材料的磁化規(guī)律，對被測鋼板無幾何形態(tài)方面的要求，亦無表面光潔度和粗糙度無要求因此可用于異形曲面鋼板厚度的測量以及多點(diǎn)測量。該方法還可以根據(jù)精度需求和測量尺寸，變化樣件厚度梯度以修正參數(shù)a，b以滿足測量所需。
[0023]3.測量準(zhǔn)確度可靠，精度高，硬件簡單。
[0024]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明；但本發(fā)明的一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量方法及其系統(tǒng)不局限于實(shí)施例。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的檢測示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
[0027]準(zhǔn)備10塊與被測鋼板材質(zhì)相同的鋼板樣件I，厚度分別為1mm，2mm，…，10mm。準(zhǔn)備U型電磁鐵2和體積更小的一個U型鐵芯線圈3。參考圖1，任選一厚度的鋼板樣件1，U型電磁鐵2垂直放置于鋼板樣件I 一側(cè)并緊貼其表面，由直流電流源提供激勵，對鋼板樣件I進(jìn)行淺磁化，并形成穩(wěn)定的磁化區(qū)域。U型鐵芯線圈3置于鋼板樣件I的磁化區(qū)域內(nèi)，鋼板樣件I將作為U型鐵芯線圈3磁路的一部分并形成閉合磁路，此時，鋼板樣件I的動態(tài)磁導(dǎo)率必將影響U型鐵芯線圈3的電感值Rp U型鐵芯線圈3連接電感測試儀(圖中未示)，通過對U型鐵芯線圈3電感量的測量，檢測鋼板樣件I磁化區(qū)域的磁導(dǎo)率變化。
[0028]對于每一塊鋼板樣件，將直流激勵電流IJA O逐次遞增至3A，每次遞增0.1A，并記錄每次測得的電感值隨著直流激勵電流Ia增大，鋼板樣件I磁化區(qū)域內(nèi)的有效磁化強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)。由于鐵磁性材料的動態(tài)磁導(dǎo)率與磁化強(qiáng)度呈單峰分布，因此在逐漸增大磁化強(qiáng)度時，鋼板樣件I的動態(tài)磁導(dǎo)率必先增大并達(dá)到極大值，隨后反而隨勵磁的增大而減小。繪制RfIa連續(xù)二維曲線，求其極值點(diǎn)記為(I _，RJ，即可得該厚度下最大直流激勵電流1_。其他元件保持不變，更換不同厚度的鋼板樣件，按照上述方法測得對應(yīng)的最大直流激勵電流Imax，直至10塊鋼板樣件均檢測完畢，即可得不同厚度ti(i = 1,2,…，10)的鋼板磁導(dǎo)率達(dá)到最大值時對應(yīng)的最大直流激勵電流Imax的數(shù)據(jù)集。很明顯，該數(shù)據(jù)集在數(shù)學(xué)模型上應(yīng)符合線性關(guān)系，則可用信息處理系統(tǒng)對最大直流激勵電流Imax及其對應(yīng)厚度11進(jìn)行線性回歸。求取參數(shù)a, b，確定鋼板厚度的量化公式:t = almax+b。
[0029]對于相同材質(zhì)的未知厚度的待測鋼板，保持上述結(jié)構(gòu)不變，仍調(diào)節(jié)U型電磁鐵2的直流激勵電流Ia，從O逐漸增加至3A，每次遞增0.1A。利用電感測試儀監(jiān)測該U型線圈的電感值K。繪制所測電感值RJI直流激勵電流I /變化的連續(xù)二維曲線，并找出二維曲線中，最大電感值所對應(yīng)的最大直流激勵電流1_。將Iniax帶入量化公式:t = al _+b，即可得待測鋼板厚度t。
[0030]為使該方法具有必要的測量精度，回歸數(shù)據(jù)集中有效數(shù)據(jù)的數(shù)量不應(yīng)小于10個，因此鋼板樣件的數(shù)量η多10。由于本方法中，使用的是線性回歸模型，為保證測量精度，測量范圍應(yīng)在所提供的樣件厚度范圍內(nèi)，即有效的測量范圍應(yīng)在區(qū)間[ti，tn]內(nèi)，例如本實(shí)施例中，待測鋼板的有效測量范圍在1-1Omm之間。
[0031]上述實(shí)施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量方法及其系統(tǒng)，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量方法，其特征在于該方法具體步驟如下: (1)取材質(zhì)相同，厚度t從小到大依次為tptf、的η塊鋼板樣件； (2)任取某一厚度的鋼板樣件，緊貼于該鋼板樣件一側(cè)垂直放置直流激勵的U型電磁鐵，對該鋼板樣件進(jìn)行偏置磁化，形成穩(wěn)定的磁化區(qū)域； (3)于同一側(cè)垂直放置一個U型線圈于所述磁化區(qū)域內(nèi)，并通過該鋼板樣件使得該U型線圈的磁路閉合，使用一電感測試儀檢測該U型線圈的電感值 (4)調(diào)節(jié)該U型電磁鐵的直流激勵電流Ia，從O逐漸遞增； (5)分別記錄上述第(4)步中該U型電磁鐵的直流激勵電流Ia值和對應(yīng)的U型線圈的電感值&，繪制所測電感值&隨直流激勵電流I a變化的連續(xù)二維曲線； (6)計算出步驟(5)所得的連續(xù)二維曲線的極值點(diǎn)，以及該極值點(diǎn)所對應(yīng)的最大直流激勵電流Iniax; (7)重復(fù)上述步驟(2)至(6)，直至所有鋼板樣件均測試完畢，得到不同厚度\情況下的最大直流激勵電流Imax，其中I ( i <n，通過線性回歸，求解參數(shù)a，b，確定鋼板厚度的量化公式:t = almax+b ； (8)對同一材質(zhì)的未知厚度鋼板進(jìn)行測量時，進(jìn)行步驟(2)至(6)操作，記錄該未知厚度鋼板所測極值點(diǎn)所對應(yīng)的最大直流激勵電流Imax，帶入步驟(7)中的量化公式，即可得鋼板厚度t。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼板厚度測量方法，其特征在于:所述的η應(yīng)滿足η多10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼板厚度測量方法，其特征在于:有效的測量范圍在區(qū)間IX，tn]內(nèi)。
4.一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量系統(tǒng)，其特征在于:包括有一直流激勵的U型電磁鐵、一 U型線圈、一電感測試儀及一信息處理系統(tǒng)； 所述U型電磁鐵垂直設(shè)置于一鋼板的一側(cè)以對鋼板進(jìn)行磁化形成磁化區(qū)域； 所述U型線圈垂直設(shè)置于鋼板的同側(cè)所述磁化區(qū)域內(nèi)并通過所述鋼板形成閉合磁路； 所述電感測試儀連接所述U型線圈，用于檢測U型線圈的的電感值&從而檢測所述鋼板動態(tài)磁導(dǎo)率的變化； 所述信息處理系統(tǒng)用于分析計算對應(yīng)最大電感值的最大直流激勵電流1_，以及根據(jù)不同厚度鋼板及相應(yīng)最大直流激勵電流Imax的關(guān)系進(jìn)行線性回歸獲得鋼板厚度的量化公式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厚度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述U型線圈的體積小于所述U型電磁鐵。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用動態(tài)磁導(dǎo)率特性的鋼板厚度測量方法及其系統(tǒng)，根據(jù)偏置磁場對鐵磁性材料動態(tài)磁導(dǎo)率的影響特性，選取不同厚度的同種材質(zhì)鋼板，施加偏置磁場并調(diào)節(jié)其強(qiáng)度，使不同厚度鋼板的動態(tài)磁導(dǎo)率達(dá)到極值點(diǎn)，從而確定鋼板厚度與鋼板對應(yīng)所需的偏置磁場的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)鋼板厚度的測量。本發(fā)明可在單側(cè)完成鋼板厚度的測量，且具有精度高、磁化淺、能耗低、設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)，對被測鋼板表面光潔度和粗糙度無要求，并能夠適用于平面和曲面鋼板的厚度測量。
【IPC分類】G01B7-06
【公開號】CN104697430
【申請?zhí)枴緾N201510132123
【發(fā)明人】王曉紅, 蘇令鋅, 劉志天
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月25日