CN104697430A - 一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量方法及其系统，根据偏置磁场对铁磁性材料动态磁导率的影响特性，选取不同厚度的同种材质钢板，施加偏置磁场并调节其强度，使不同厚度钢板的动态磁导率达到极值点，从而确定钢板厚度与钢板对应所需的偏置磁场的函数关系，实现钢板厚度的测量。本发明可在单侧完成钢板厚度的测量，且具有精度高、磁化浅、能耗低、设备体积小等优点，对被测钢板表面光洁度和粗糙度无要求，并能够适用于平面和曲面钢板的厚度测量。

Description

一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量方法及其系统
技术领域
本发明涉及检测领域，特别是涉及一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量方法及其系统。
背景技术
钢板测厚是工业领域中常规技术，利用传统量具，如卡尺、千分尺等测量钢板厚度，操作简单，但需要利用被测件的双面进行，对于结构复杂或封闭式的设备和零件则难以合理放置量具以进行测量，测量范围大大受限。为解决此问题，又提出了一系列单侧的厚度测量方法，如超声波测厚法、磁性测厚法、X射线测厚法，但以上方法目前都存在一定不足。超声波测厚法要求被测件表面光洁平整，否则将影响测量结果，且还需耦合剂以实现检测；磁性测厚法仅适于覆有磁性材料层的非磁性材料的厚度测量，无法检测钢板厚度；X射线测厚法硬件复杂成本高，且会造成一定污染。而如今对钢板测量技术提出更高要求，在满足测量精度的条件下要求能够测量表面不规则的钢板，甚至要求实现点测量，而现有技术均无法很好的满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，满足更大范围的使用需求，提出了一种利用铁磁性材料动态磁导率特性的钢板厚度测量方法及其系统，测量准确度可靠，精度高，硬件简单。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量方法，具体步骤如下：
(1)取材质相同，厚度t从小到大依次为t1，t2…tn的n块钢板样件；
(2)任取某一厚度的钢板样件，紧贴于该钢板样件一侧垂直放置直流激励的U型电磁铁，对该钢板样件进行偏置磁化，形成稳定的磁化区域；
(3)于同一侧垂直放置一个U型线圈于所述磁化区域内，并通过该钢板样件使得该U型线圈的磁路闭合，使用一电感测试仪检测该U型线圈的电感值RL；
(4)调节该U型电磁铁的直流激励电流Ia，从0逐渐递增；
(5)分别记录上述第(4)步中该U型电磁铁的直流激励电流Ia值和对应的U型线圈的电感值RL，绘制所测电感值RL随直流激励电流Ia变化的连续二维曲线；
(6)计算出步骤(5)所得的连续二维曲线的极值点，以及该极值点所对应的最大直流激励电流Imax；
(7)重复上述步骤(2)至(6)，直至所有钢板样件均测试完毕，得到不同厚度ti情况下的最大直流激励电流Imax，其中1≤i≤n，通过线性回归，求解参数a,b，确定钢板厚度的量化公式：t＝aImax+b；
(8)对同一材质的未知厚度钢板进行测量时，进行步骤(2)至(6)操作，记录该未知厚度钢板所测极值点所对应的最大直流激励电流Imax，带入步骤(7)中的量化公式，即可得钢板厚度t。
作为一种优选，所述的n应满足n≥10。
作为一种优选，有效的测量范围在区间[t1,tn]内。
本发明另外提供了一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量系统，包括有一直流激励的U型电磁铁、一U型线圈、一电感测试仪及一信息处理系统；
所述U型电磁铁垂直设置于一钢板的一侧以对钢板进行磁化形成磁化区域；
所述U型线圈垂直设置于钢板的同侧所述磁化区域内并通过所述钢板形成闭合磁路；所述电感测试仪连接所述U型线圈,用于检测U型线圈的的电感值RL从而检测所述钢板动态磁导率的变化；
所述信息处理系统用于分析计算对应最大电感值的最大直流激励电流Imax，以及根据不同厚度钢板及相应最大直流激励电流Imax的关系进行线性回归获得钢板厚度的量化公式。
作为一种优选，所述U型线圈的体积小于所述U型电磁铁。
本发明的有益效果是：
1.通过改变偏置磁场大小，使不同厚度钢板达到相同的最大动态磁导率，从而确定其厚度与所需偏置磁场的关系，实现钢板厚度的测量。该发明方法利用铁磁性材料的动态磁导率特性，实现单侧厚度的测量；并且对被测钢板的磁化强度较小，减小了能耗；同时，又有效避免了漏磁场对测量结果的影响。
2.该方法利用铁磁性材料的磁化规律，对被测钢板无几何形态方面的要求，亦无表面光洁度和粗糙度无要求因此可用于异形曲面钢板厚度的测量以及多点测量。该方法还可以根据精度需求和测量尺寸，变化样件厚度梯度以修正参数a,b以满足测量所需。
3.测量准确度可靠，精度高，硬件简单。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量方法及其系统不局限于实施例。
附图说明
图1为本发明的检测示意图。
具体实施方式
实施例1
准备10块与被测钢板材质相同的钢板样件1，厚度分别为1mm，2mm，…，10mm。准备U型电磁铁2和体积更小的一个U型铁芯线圈3。参考图1，任选一厚度的钢板样件1，U型电磁铁2垂直放置于钢板样件1一侧并紧贴其表面，由直流电流源提供激励，对钢板样件1进行浅磁化，并形成稳定的磁化区域。U型铁芯线圈3置于钢板样件1的磁化区域内，钢板样件1将作为U型铁芯线圈3磁路的一部分并形成闭合磁路，此时，钢板样件1的动态磁导率必将影响U型铁芯线圈3的电感值RL。U型铁芯线圈3连接电感测试仪(图中未示)，通过对U型铁芯线圈3电感量的测量，检测钢板样件1磁化区域的磁导率变化。
对于每一块钢板样件，将直流激励电流Ia从0逐次递增至3A，每次递增0.1A，并记录每次测得的电感值RL。随着直流激励电流Ia增大，钢板样件1磁化区域内的有效磁化强度也逐渐增强。由于铁磁性材料的动态磁导率与磁化强度呈单峰分布，因此在逐渐增大磁化强度时，钢板样件1的动态磁导率必先增大并达到极大值，随后反而随励磁的增大而减小。绘制RL-Ia连续二维曲线，求其极值点记为(Imax,RL)，即可得该厚度下最大直流激励电流Imax。其他元件保持不变，更换不同厚度的钢板样件，按照上述方法测得对应的最大直流激励电流Imax，直至10块钢板样件均检测完毕，即可得不同厚度ti(i＝1,2,…,10)的钢板磁导率达到最大值时对应的最大直流激励电流Imax的数据集。很明显，该数据集在数学模型上应符合线性关系，则可用信息处理系统对最大直流激励电流Imax及其对应厚度ti进行线性回归。求取参数a,b，确定钢板厚度的量化公式：t＝aImax+b。
对于相同材质的未知厚度的待测钢板，保持上述结构不变，仍调节U型电磁铁2的直流激励电流Ia，从0逐渐增加至3A，每次递增0.1A。利用电感测试仪监测该U型线圈的电感值RL。绘制所测电感值RL随直流激励电流Ia变化的连续二维曲线，并找出二维曲线中，最大电感值所对应的最大直流激励电流Imax。将Imax带入量化公式：t＝aImax+b，即可得待测钢板厚度t。
为使该方法具有必要的测量精度，回归数据集中有效数据的数量不应小于10个，因此钢板样件的数量n≥10。由于本方法中，使用的是线性回归模型，为保证测量精度，测量范围应在所提供的样件厚度范围内，即有效的测量范围应在区间[t1,tn]内，例如本实施例中，待测钢板的有效测量范围在1-10mm之间。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量方法及其系统,但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量方法，其特征在于该方法具体步骤如下：
(1)取材质相同，厚度t从小到大依次为t1，t2…tn的n块钢板样件；
(2)任取某一厚度的钢板样件，紧贴于该钢板样件一侧垂直放置直流激励的U型电磁铁，对该钢板样件进行偏置磁化，形成稳定的磁化区域；
(3)于同一侧垂直放置一个U型线圈于所述磁化区域内，并通过该钢板样件使得该U型线圈的磁路闭合，使用一电感测试仪检测该U型线圈的电感值RL；
(4)调节该U型电磁铁的直流激励电流Ia，从0逐渐递增；
(5)分别记录上述第(4)步中该U型电磁铁的直流激励电流Ia值和对应的U型线圈的电感值RL，绘制所测电感值RL随直流激励电流Ia变化的连续二维曲线；
(6)计算出步骤(5)所得的连续二维曲线的极值点，以及该极值点所对应的最大直流激励电流Imax；
(7)重复上述步骤(2)至(6)，直至所有钢板样件均测试完毕，得到不同厚度ti情况下的最大直流激励电流Imax，其中1≤i≤n，通过线性回归，求解参数a,b，确定钢板厚度的量化公式：t＝aImax+b；
(8)对同一材质的未知厚度钢板进行测量时，进行步骤(2)至(6)操作，记录该未知厚度钢板所测极值点所对应的最大直流激励电流Imax，带入步骤(7)中的量化公式，即可得钢板厚度t。
2.根据权利要求1中所述的钢板厚度测量方法，其特征在于：所述的n应满足n≥10。
3.根据权利要求1中所述的钢板厚度测量方法，其特征在于：有效的测量范围在区间[t1,tn]内。
4.一种利用动态磁导率特性的钢板厚度测量系统，其特征在于：包括有一直流激励的U型电磁铁、一U型线圈、一电感测试仪及一信息处理系统；
所述U型电磁铁垂直设置于一钢板的一侧以对钢板进行磁化形成磁化区域；
所述U型线圈垂直设置于钢板的同侧所述磁化区域内并通过所述钢板形成闭合磁路；
所述电感测试仪连接所述U型线圈,用于检测U型线圈的的电感值RL从而检测所述钢板动态磁导率的变化；
所述信息处理系统用于分析计算对应最大电感值的最大直流激励电流Imax，以及根据不同厚度钢板及相应最大直流激励电流Imax的关系进行线性回归获得钢板厚度的量化公式。
5.根据权利要求4所述的厚度测量系统，其特征在于：所述U型线圈的体积小于所述U型电磁铁。
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