CN113008123A - 一种区分电涡流效应和形变引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区分电涡流效应和形变引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应的方法，属于传感器技术领域。首先获取本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应，然后确定电涡流效应有效作用距离，进而获取本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应，最后用本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应扣除本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应，得到由电涡流效应引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应。用本发明提出的方法可解决电涡流效应和形变引发的阻抗响应在压缩阶段交织在一起的难题，从而为优化本征柔性线圈显微结构和宏观结构以提高测量系统性能提供基础，适用于现代大型设备狭小曲面层间压力和间隙测量等领域。

Description

一种区分电涡流效应和形变引发的本征柔性线圈压缩阻抗响 应的方法

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别涉及到压力和间隙测量。

背景技术

基于导电高分子复合材料的本征柔性线圈有潜力用于解决现代重大设备狭小曲面层间压力与间隙测量的难题。在压缩阶段，本征柔性线圈的阻抗能够随压力产生规律性变化；在非接触阶段，当目标物接近或远离本征柔性线圈时，电涡流效应使得本征柔性线圈的阻抗能够随间隙发生规律性变化。因此，有潜力通过检测本征柔性线圈的阻抗变化来实现狭小曲面层间压力和间隙测量。为提高压力和间隙测量系统的性能，需要优化本征柔性线圈的显微结构和宏观结构，因此必须全面深入地掌握本征柔性线圈的传感特性机理。由于“基于本征柔性线圈的传感器”的思想刚刚在国际上提出，因此，没有直接的理论与实验依据可以利用，故而，在传感器设计优化方面还存在着很多难点，特别是：在压缩阶段，除了形变引起的本征柔性线圈阻抗响应以外，还有电涡流效应引起的阻抗响应，两种作用交织在一起使得压缩阶段的特性机理非常复杂，增加了优化本征柔性线圈显微结构和宏观结构以提高测量性能的难度。因此，如何区分电涡流效应和形变引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应是本领域亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足之处，提出一种区分电涡流效应和形变引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应的方法，包括以下步骤：

将目标物接近本征柔性线圈以使目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后用目标物压缩本征柔性线圈以使本征柔性线圈发生形变，记录本征柔性线圈阻抗在所述的压缩过程中随时间的变化数据序列，进而得到本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应；将目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后将目标物远离本征柔性线圈，同时用阻抗分析仪记录本征柔性线圈阻抗，直至目标物的远离不再使本征柔性线圈阻抗发生变化时，将此时目标物与本征柔性线圈之间的距离作为电涡流效应有效作用距离；将厚度为所述的电涡流效应有效作用距离的绝缘刚性板固定于目标物表面，使固定有绝缘刚性板的目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后用固定有绝缘刚性板的目标物压缩本征柔性线圈以使本征柔性线圈发生形变，记录本征柔性线圈在压缩过程中阻抗随时间的变化数据序列，进而得到本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应；用所述的本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应扣除所述的本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应，进而得到由电涡流效应引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应。

本发明的特点及效果

本发明提出的区分电涡流效应和形变引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应的方法，首先确定本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应，然后确定电涡流效应有效作用距离，再确定本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应，最后用本征柔性线圈本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应扣除所述的本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应，进而得到由电涡流效应引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应。用本发明提出的方法不必将本征柔性线圈移出提离效应实验平台即可区分出电涡流效应和形变作用引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应，为进一步优化本征柔性线圈显微结构和宏观结构以提高测量系统性能提供基础，适用于现代大型国防工业设备狭小曲面层间压力和间隙测量等领域。

具体实施方式

将目标物接近本征柔性线圈以使目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后将目标物继续接近本征柔性线圈以使本征柔性线圈发生形变，利用万能材料机记录形变随时间的变化数据序列：D(t₀)、D(t₁)、D(t₂)、…、D(t_N)，同时，用阻抗分析仪记录本征柔性线圈阻抗模在所述的形变过程中随时间的变化数据序列：Z[D(t₀)]、Z[D(t₁)]、Z[D(t₂)]、…、Z[D(t_N)]，并记录本征柔性线圈阻抗角在所述的形变过程中随时间的变化数据序列：Φ[D(t₀)]、Φ[D(t₁)]、Φ[D(t₂)]、…、Φ[D(t_N)]，进而得到本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应；

将目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后将目标物远离本征柔性线圈，同时用阻抗分析仪记录本征柔性线圈阻抗，直至目标物的远离不再使本征柔性线圈阻抗发生变化，将此时目标物与本征柔性线圈之间的距离作为电涡流效应有效作用距离D_E；

将厚度为所述的电涡流效应有效作用距离D_E的绝缘刚性板固定于目标物表面，使固定有绝缘刚性板的目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后将固定有绝缘刚性板的目标物接近本征柔性线圈以使本征柔性线圈发生形变D(t₀)、D(t₁)、D(t₂)、…、D(t_N)，同时，用阻抗分析仪记录本征柔性线圈阻抗模在所述的形变过程中随时间的变化数据序列：Z_D[D(t₀)]、Z_D[D(t₁)]、Z_D[D(t₂)]、…、Z_D[D(t_N)]，并记录本征柔性线圈阻抗角在所述的形变过程中随时间的变化数据序列：Φ_D[D(t₀)]、Φ_D[D(t₁)]、Φ_D[D(t₂)]、…、Φ_D[D(t_N)]，进而得到本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应；

用所述的本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应扣除所述的本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应，进而得到由电涡流效应引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应，其中，由电涡流效应引发的本征柔性线圈压缩阻抗模响应为：{Z[D(t₀)]-Z_D[D(t₀)]}、{Z[D(t₁)]-Z_D[D(t₁)]}、{Z[D(t₂)]-Z_D[D(t₂)]}、…、{Z[D(t_N)]-Z_D[D(t_N)]}，由电涡流效应引发的本征柔性线圈压缩阻抗角响应为：{Φ[D(t₀)]-Φ_D[D(t₀)]}、{Φ[D(t₁)]-Φ_D[D(t₁)]}、{Φ[D(t₂)]-Φ_D[D(t₂)]}、…、{Φ[D(t_N)]-Φ_D[D(t_N)]}。

Claims (1)

1.一种区分电涡流效应和形变引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

将目标物接近本征柔性线圈以使目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后用目标物压缩本征柔性线圈以使本征柔性线圈发生形变，记录本征柔性线圈阻抗在所述的压缩过程中随时间的变化数据序列，进而得到本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应；将目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后将目标物远离本征柔性线圈，同时用阻抗分析仪记录本征柔性线圈阻抗，直至目标物的远离不再使本征柔性线圈阻抗发生变化时，将此时目标物与本征柔性线圈之间的距离作为电涡流效应有效作用距离；将厚度为所述的电涡流效应有效作用距离的绝缘刚性板固定于目标物表面，使固定有绝缘刚性板的目标物与本征柔性线圈接触且确保本征柔性线圈无形变，然后用固定有绝缘刚性板的目标物压缩本征柔性线圈以使本征柔性线圈发生形变，记录本征柔性线圈在压缩过程中阻抗随时间的变化数据序列，进而得到本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应；用所述的本征柔性线圈在电涡流效应和形变共同作用下的压缩阻抗响应扣除所述的本征柔性线圈在形变单独作用下的压缩阻抗响应，进而得到由电涡流效应引发的本征柔性线圈压缩阻抗响应。