CN104897040A - 汽车漆面厚度测量装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车漆面厚度测量装置及方法，包括U型铁芯、锁相放大电路和A/D转换模块，U型铁芯内嵌入有隧道结磁传感器，并缠绕有数匝激磁线圈，激磁线圈连接恒流源，隧道结磁传感器的输出端连接锁相放大电路，锁相放大电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接至送入单片机。隧道结磁传感器进行信号采样，激磁线圈通入1KHz方波的恒流信号，隧道结磁传感器输出端输出1KHz方波的电压信号，电压信号输入锁相放大电路变换为伏级信号，再经A/D转换模块转换，最后由单片机进行计算处理。采用纳米级隧道结磁传感器、微弱信号锁相处理等技术，实现漆面厚度测量及数据传输等多种功能；具有体积小、精度高、耗能小等优点。

Description

汽车漆面厚度测量装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种汽车漆面厚度测量装置及其方法，属于漆面厚度测量技术领域。
背景技术
汽车漆面的厚度及均匀性是影响车辆外观视觉效果和车辆保养的主要因素，测量汽车漆面厚度及均匀度有利于控制车辆涂装质量。
目前，测量汽车漆面厚度的方法有：杠杆千分尺法、透光法、超声波法及磁性测量法。
上述测量方法存在以下几个缺点：电流互感器有铁芯，输出电流具有非线性；测量误差大，相位偏差是传统互感器的固有缺陷；测量范围小，使用频带窄，品种规格多；体积大、重量重、价格高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种汽车漆面厚度测量装置及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
汽车漆面厚度测量装置，特点是：包括U型铁芯、锁相放大电路和A/D转换模块，所述U型铁芯内嵌入有隧道结磁传感器，并缠绕有数匝激磁线圈，激磁线圈连接恒流源，隧道结磁传感器的输出端连接锁相放大电路，锁相放大电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接至送入单片机。
进一步地，上述的汽车漆面厚度测量装置，其中，所述隧道结磁传感器为纳米型隧道结磁传感器。
更进一步地，上述的汽车漆面厚度测量装置，其中，所述隧道结磁传感器为感应区域小于1平方微米、磁场敏感度50mV/V.Oe、磁场噪声1纳特级、工作温度400℃以上、宽频率响应10GHZ的隧道结磁传感器。
更进一步地，上述的汽车漆面厚度测量装置，其中，所述恒流源为输出1KHz方波恒流信号的恒流源。
更进一步地，上述的汽车漆面厚度测量装置，其中，所述单片机连接一显示单元。
更进一步地，上述的汽车漆面厚度测量装置，其中，所述单片机为DSP型号的单片机。
本发明汽车漆面厚度测量方法，隧道结磁传感器嵌入在U型铁芯内，U型铁芯两端面紧贴待测汽车漆面，通入1KHz方波恒流信号的激励线圈在U型磁铁内产生磁场，由于汽车漆面厚度的不同U型磁铁内的磁场产生变化，隧道结磁传感器通过测量U型磁铁内的磁场获得变化值，磁场转变为电信号，输出1KHz方波的电压信号，电压信号输入锁相放大电路变换为伏级信号，再经A/D转换模块转换，最后由单片机进行计算处理。
再进一步地，上述的汽车漆面厚度测量方法，其中，所述磁场转变为电信号的方法为：
按安培环路定律得闭环铁芯内的磁通势：
F＝N×I        ①
其中：N是激磁线圈匝数，I是激磁线圈内通入的电流；
根据磁通势定义：
F＝∑Hd×Ld    ②
其中：Hd是在闭环回路中不同材料内的磁场强度，Ld是在闭环回路中不同材料所占的回路长度；
根据式②，磁通势：
F＝H车×L车+2×H漆×L漆+H铁×L铁    ③
其中：H车、L车分别为车辆金属层的磁场强度和回路长度，H漆、L漆分别为漆层的磁场强度和回路长度，H铁、L铁分别为磁铁的磁场强度和回路长度；
因为磁感应强度:
B＝u×H
其中，u为材料的导磁率；
式③变成：
F＝B×(L车/u车+2×L漆/u漆+L铁/u铁)     ④
将式①带入式④得：
N×I＝B(L车/u车+2×L漆/u漆+L铁/u铁)
转换：
2×L漆/u漆＝N×I/B-L车/u车-L铁/u铁
L漆＝N×I×u漆/(2×B)-L车×u漆/(2×u车)-L铁×u漆/(2×u铁)    ⑤
其中：因为L车×u漆/(2×u车)和L铁×u漆/(2×u铁)是定值设为K2，N×u漆/2也是定值设为K1；
⑤式变为：
L漆＝K1×I/B-K2                      ⑥
当I一定时，通过式⑥可得出通过测量环路中的磁感应强度B即可以计出漆层的厚度；将测试仪直接测量未有漆层的车辆金属车身的B，
可得到K2；
即：K2＝K1×I/B
作为测试仪当前零点。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明设计独特、结构新颖，采用纳米级隧道结磁传感器、微弱信号锁相处理等技术，通过科学合理的设计，实现漆面厚度测量及数据传输等多种功能；采用高精度、高速A/D模数转换器，通过高性能单片机计算，完成信号的采样、处理、传输、显示。其装置具有体积小、精度高、耗能小、单级电池使用时间长等优点。简易适用，为一实用的新设计。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的结构原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，汽车漆面厚度测量装置，包括U型铁芯1、锁相放大电路3和A/D转换模块4，U型铁芯1内嵌入有隧道结磁传感器，隧道结磁传感器为感应区域小于1平方微米、磁场敏感度50mV/V.Oe、磁场噪声1纳特级、工作温度400℃以上、宽频率响应10GHZ的纳米型隧道结磁传感器，并缠绕有数匝激磁线圈，激磁线圈连接恒流源2，恒流源2为输出1KHz方波恒流信号的恒流源，隧道结磁传感器的输出端连接锁相放大电路3，锁相放大电路3连接A/D转换模块4，A/D转换模块4连接至送入单片机5，单片机5为DSP型号的单片机，单片机5连接一显示单元6。
具体测量时，隧道结磁传感器嵌入在U型铁芯内，U型铁芯两端面紧贴待测汽车漆面，被通入的1KHz方波恒流信号的激励线圈在U型磁铁内产生磁场，由于汽车漆面厚度的不同U型磁铁内的磁场产生微小变化，隧道结磁传感器通过测量U型磁铁内的磁场获得这变化值，将磁场变成电信号；激磁线圈通入1KHz方波的恒流信号，隧道结磁传感器输出端输出1KHz方波的电压信号，由于该信号是纳伏级，为去除干扰信号，将该电压信号输入锁相放大电路3变换为伏级信号，再经A/D转换模块4转换，最后由单片机5进行计算处理，在显示单元6予以显示。
测量的原理为：
按安培环路定律得闭环铁芯内的磁通势：
F＝N×I        ①
其中：N是激磁线圈匝数，I是激磁线圈内通入的电流；
根据磁通势定义：
F＝∑Hd×Ld     ②
其中：Hd是在闭环回路中不同材料内的磁场强度，Ld是在闭环回路中不同材料所占的回路长度；
根据式②，磁通势：
F＝H车×L车+2×H漆×L漆+H铁×L铁    ③
其中：H车、L车分别为车辆金属层的磁场强度和回路长度，H漆L漆分别为漆层的磁场强度和回路长度，H铁L铁分别为磁铁的磁场强度和回路长度；
因为磁感应强度:
B＝u×H
其中，u为材料的导磁率；
式③变成：
F＝B×(L车/u车+2×L漆/u漆+L铁/u铁)      ④
将式①带入式④得：
N×I＝B(L车/u车+2×L漆/u漆+L铁/u铁)
转换：
2×L漆/u漆＝N×I/B-L车/u车-L铁/u铁
L漆＝N×I×u漆/(2×B)-L车×u漆/(2×u车)-L铁×u漆/(2×u铁)    ⑤
其中：因为L车×u漆/(2×u车)和L铁×u漆/(2×u铁)是定值设为K2，N×u漆/2也是定值设为K1；
⑤式变为：
L漆＝K1×I/B-K2                      ⑥
当I一定时，通过式⑥可以看到通过测量环路中的磁感应强度B就可以算出漆层的厚度。将测试仪直接测量没有漆层的车辆金属车身的B，可得到K2。
即：K2＝K1×I/B
作为测试仪当前零点；
通过式⑥，可得到采用高磁场敏感度的磁传感器将有效提高油漆厚度的分辨率和精度。
隧道结磁传感器是一种最灵敏的纳米型磁传感器，具有无可比拟的空间分辨度(感应区域小于1平方微米)，高磁场敏感度(50mV/V.Oe)，极低的磁场噪声(1纳特级)，以及抵抗极端外界环境的能力(高工作温度400℃以上和宽频率响应10GHZ)。比传统的巨磁阻读/写磁头敏感50倍，比传统的霍尔效应传感器敏感1000倍。另外，这些传感器的微小感应区域确保其具有空间分辨度远远超过市场上所有的其它磁传感技术。隧道结磁传感器与其他磁传感器相比具有体积小，灵敏度高等特点。
综上所述，本发明设计独特、结构新颖，采用纳米级隧道结磁传感器、微弱信号锁相处理等技术，通过科学合理的设计，实现漆面厚度测量及数据传输等多种功能；采用高精度、高速A/D模数转换器，通过高性能单片机计算，完成信号的采样、处理、传输、显示。其装置具有体积小、精度高、耗能小、单级电池使用时间长等优点。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.汽车漆面厚度测量装置，其特征在于：包括U型铁芯、锁相放大电路和A/D转换模块，所述U型铁芯内嵌入有隧道结磁传感器，并缠绕有数匝激磁线圈，激磁线圈连接恒流源，隧道结磁传感器的输出端连接锁相放大电路，锁相放大电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接至送入单片机。
2.根据权利要求1所述的汽车漆面厚度测量装置，其特征在于：所述隧道结磁传感器为纳米型隧道结磁传感器。
3.根据权利要求1或2所述的汽车漆面厚度测量装置，其特征在于：所述隧道结磁传感器为感应区域小于1平方微米、磁场敏感度50mV/V.Oe、磁场噪声1纳特级、工作温度400℃以上、宽频率响应10GHZ的隧道结磁传感器。
4.根据权利要求1所述的汽车漆面厚度测量装置，其特征在于：所述恒流源为可输出1KHz方波恒流信号的恒流源。
5.根据权利要求1所述的汽车漆面厚度测量装置，其特征在于：所述单片机连接一显示单元。
6.根据权利要求1所述的汽车漆面厚度测量装置，其特征在于：所述单片机为DSP型号的单片机。
7.权利要求1所述装置实现汽车漆面厚度测量方法，其特征在于：隧道结磁传感器嵌入在U型铁芯内，U型铁芯两端面紧贴待测汽车漆面，通入1KHz方波恒流信号的激励线圈在U型磁铁内产生磁场，由于汽车漆面厚度的不同U型磁铁内的磁场产生变化，隧道结磁传感器通过测量U型磁铁内的磁场获得变化值，磁场转变为电信号，输出1KHz方波的电压信号，电压信号输入锁相放大电路变换为伏级信号，再经A/D转换模块转换，最后由单片机进行计算处理。
8.根据权利要求7所述的汽车漆面厚度测量方法，其特征在于：所述磁场转变为电信号的方法为：
按安培环路定律得闭环铁芯内的磁通势：
F＝N×I   ①
其中：N是激磁线圈匝数，I是激磁线圈内通入的电流；
根据磁通势定义：
F＝∑Hd×Ld   ②
其中：Hd是在闭环回路中不同材料内的磁场强度，Ld是在闭环回路中不同材料所占的回路长度；
根据式②，磁通势：
F＝H车×L车+2×H漆×L漆+H铁×L铁   ③
其中：H车、L车分别为车辆金属层的磁场强度和回路长度，H漆、L漆分别为漆层的磁场强度和回路长度，H铁、L铁分别为磁铁的磁场强度和回路长度；
因为磁感应强度:
B＝u×H
其中，u为材料的导磁率；
式③变成：
F＝B×(L车/u车+2×L漆/u漆+L铁/u铁)   ④
将式①带入式④得：
N×I＝B(L车/u车+2×L漆/u漆+L铁/u铁)
转换：
2×L漆/u漆＝N×I/B-L车/u车-L铁/u铁
L漆＝N×I×u漆/(2×B)-L车×u漆/(2×u车)-L铁×u漆/(2×u铁)   ⑤
其中：因为L车×u漆/(2×u车)和L铁×u漆/(2×u铁)是定值设为K2，N×u漆/2也是定值设为K1；
⑤式变为：
L漆＝K1×I/B-K2   ⑥
当I一定时，通过式⑥可得出通过测量环路中的磁感应强度B即可以计出漆层的厚度；将测试仪直接测量未有漆层的车辆金属车身的B，可得到K2；
即：K2＝K1×I/B
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