CN205562775U - 一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，包括电阻检测单元、主控单元、输入单元和显示单元；所述电阻检测单元包括交流恒流源和电压检测电路，所述交流恒流源电连接在待测样品两端，所述电压检测电路与待测样品上任意选取的两个检测点电连接，并检测两个所述检测点之间的电压；所述主控单元分别与所述交流恒流源、电压检测电路、输入单元和显示单元电连接。本实用新型是一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，有效避免了待测样品本身以及闭合磁路漏磁、绕制线圈麻烦等问题，简单巧妙，检测结果准确，实现了无损精确测量，具有高效率整体检测、操作方便、高灵敏度等优势，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁无损检测技术领域，尤其涉及一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置。
背景技术
材料的磁导率是重要的基本物理常数，磁性导体材料的磁导率关系到变压器、电机、整流器、电感器、信号耦合器、磁致伸缩器件、电声器件、信号和功率转换器等的品质。而且材料的磁导率与材料的成分、结构、热处理、力学冲击、疲劳损伤、电磁屏蔽和干扰等密切相关，因此基于磁导率的检测也广泛应用于材料分类、结构检测、探伤、电磁兼容工程等领域，具有广泛应用。磁导率的有效检测关系到产品性能、成本、使用寿命、甚至产品安全。如何准确可靠地测量磁导率有重要意义。
常规的磁导率检测方法主要有：冲击电流法，示波器法，LC谐振法，感应小信号放大法，磁滞回线法，线圈阻抗法(伏安法、VNA法，电桥法)等。这些方法的共同特点是待测样品本身或待测样品与探头构成磁回路，并采用激励和感应两个线圈上信号计算材料磁导率。共同问题是：闭合磁路漏磁难以控制、环形样品难以加工、两线圈松紧程度和位置都可能影响测试。还有一种方法是通过分析二维细长圆柱导体和三维圆环导体内部的电磁场分布，推导并给出由规则导体内部阻抗求磁导率的近似计算公式(含几何参数)；用阻抗分析仪测量规则导体内部阻抗代入公式计算磁导率的方法。该方法计算和处理复杂，对样品的几何参数敏感，内阻的测量误差可能影响磁导率计算准确度。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，包括电阻检测单元、主控单元、输入单元和显示单元；所述电阻检测单元包括交流恒流源和电压检测电路，所述交流恒流源电连接在待测样品两端，为待测样品两端提供低频段和高频段交流信号，所述电压检测电路与待测样品上任意选取的两个检测点电连接，并检测两个所述检测点之间的电压；所述主控单元分别与所述交流恒流源、电压检测电路、输入单元和显示单元电连接。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，有效避免了待测样品本身以及闭合磁路漏磁、绕制线圈麻烦等问题，简单巧妙，检测结果准确，实现了无损精确测量，具有高效率整体检测、操作方便、高灵敏度等优势，具有较好的应用前景。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：
进一步：所述交流恒流源的信号频率由所述主控单元控制可调。
上述进一步方案的有益效果是：通过选择信号频率连续可调的交流恒流源，可以比较方便的切换加在待测样品两端的恒流交流信号的频率，从而方便检测出两个所述检测点之间的高频电阻和低频电阻。
进一步：所述交流恒流源提供的低频段交流信号的频率范围为0-120Hz，高频段交流信号的频率范围为10K-5MHz。
上述进一步方案的有益效果是：通过调节所述交流恒流源的信号频率，可比较方便的检测出待测样品上两个所述检测点之间部分在高频交流恒流 源和低频交流恒流源激励下的电阻值。更为重要的是，对于常见的大部分铁磁性材料，在上述频率范围内其电阻率基本保持不变，这样也可以使得检测结果更加准确。
进一步：所述电压检测电路包括放大器、滤波器和AD转换电路。所述放大器与待测样品上两个所述检测点电连接，对两个所述检测点之间的电压信号放大；所述滤波器电连接在所述放大器与所述AD转换电路之间，并对放大后的所述电压信号进行滤波处理；所述AD转换电路电连接在所述滤波器与所述主控单元之间，用于对放大滤波后的电压信号进行模数转换处理。
上述进一步方案的有益效果是：通过所述放大器和滤波器可以对两个所述检测点之间的电压信号依次进行放大和滤波处理，可以去除信号中的无用信号，提高检测结果的精度。
进一步：所述电压检测电路包括锁相放大器，且所述交流恒流源与所述锁相放大器电连接，并为所述锁相放大器提供同步信号。上述进一步方案的有益效果是：通过所述锁相放大器对两个所述检测点之间的电压信号进行锁相放大处理，并抑制噪声，提高检测结果的精度。
进一步：所述主控单元采用单片机，如Atmega16微控制器。
上述进一步方案的有益效果是：ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MI PS/MHz，从而满足测控和数据处理需要。
进一步：所述输入单元为键盘或触摸显示屏，接收外部输入的待测样品电阻率或两个所述检测点之间的长度、待测样品的直径以及高频和低频交流信号频率。
进一步：还包括呈封闭立体状的外壳，所述交流恒流源、电压检测电路和主控单元均设置在所述外壳内，所述输入单元和显示单元均设置在所述外 壳的一侧面板上。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以使得整个检测装置方便携带和转移，操作简单，显示直观，大大提高了检测效率。
进一步：所述外壳上设有所述显示单元一侧的面板上还设四个接线端子，其中两个所述接线端子与所述交流恒流源电连接，另外两个所述接线端子与所述电压检测电路电连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过所述接线端子可以方便将外部待测样品与所述电压检测电路和交流恒流源电连接，使用的时候非常方便。
进一步：所述接线端子为BNC接口。
附图说明
图1为本实用新型的一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置电气结构示意图；
图2为本实用新型的一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置面板示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置电气结构示意图，包括电阻检测单元、主控单元、输入单元和显示单元；所述电阻检测单元包括交流恒流源和电压检测电路，所述交流恒流源电连接在待测样品两端，所述电压检测电路与待测样品上任意选取的两个检测点电连接，并检测两个所述检测点之间的电压；所述主控单元分别与所述交流恒流源、电压检测电路、输入单元和显示单元电连接。
本实施例中，所述交流恒流源的信号频率由所述主控单元控制可调。通过选择信号频率连续可调的交流恒流源，可以比较方便的切换加在待测样品两端的恒流交流信号的频率，从而方便检测出两个所述检测点之间的高频电阻和低频电阻。
本实施例中，所述交流恒流源提供的低频段交流信号的频率范围为通过调节所述交流恒流源的信号频率，可比较方便的检测出待测样品上两个所述检测点之间部分在高频交流恒流源和低频交流恒流源激励下的电阻值。更为重要的是，对于常见的大部分钢铁材质，在上述频率范围内的交流恒流源信号的激励下，其电阻率基本保持不变，这样也可以使得检测结果更加准确。
优选地，所述交流恒流源提供的低频段交流信号的频率范围为10-120Hz，高频段交流信号的频率范围为20K-1MHz。
优选地，所述电压检测电路包括放大器、滤波器和AD转换电路。所述放大器与待测样品上两个所述检测点电连接，对两个所述检测点之间的电压信号放大；所述滤波器电连接在所述放大器与所述AD转换电路之间，并对放大后的所述电压信号进行滤波处理；所述AD转换电路电连接在所述滤波器与所述主控单元之间，用于对放大滤波后的电压信号进行模数转换处理。通过所述放大器、滤波器和AD转换电路可以对两个所述检测点之间的电压信号依次进行放大、滤波和模数转换处理，可以去除信号中的无用信号，提高检测结果的精度。
本实施例中，所述输入单元为键盘或触摸显示屏，用于接收外部输入的待测样品电阻率或两个所述检测点之间的长度、待测样品的直径以及高频和低频交流信号频率。
优选地，所述电压检测电路包括锁相放大器，且所述交流恒流源与所述锁相放大器电连接，并为所述锁相放大器提供同步信号。通过所述锁相放大器对两个所述检测点之间的电压信号进行锁相放大处理，并抑制噪声，提高 检测结果的精度。
本实施例中，所述主控单元采用单片机，如Atmega16微控制器。ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。当然，所述主控单元也可以采用其他嵌入式系统，这里不做限定。
本实施例中，所述显示单元为液晶显示器或LED显示器。
本实用新型的一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置还包括呈封闭立体状的外壳，所述交流恒流源、电压检测电路和主控单元均设置在所述外壳内，所述输入单元和显示单元均设置在所述外壳的一侧面板上，如图2所示。通过上述方式可以使得整个检测装置方便携带和转移，操作简单，显示直观，大大提高了检测效率。
本实施例中，所述外壳上设有所述显示单元一侧的面板上还设四个接线端子，其中两个所述接线端子与所述交流恒流源电连接，另外两个所述接线端子与所述电压检测电路电连接。图2中，1和4接线端子在所述外壳内与交流恒流源电连接，外部与待测样品所测两点的外侧或样品两端电连接，2和3接线端子与在所述外壳内的电压检测电路电连接，外部与待测样品上任意选取的两个检测点电连接。通过所述接线端子可以方便将外部待测样品与所述电压检测电路和交流恒流源电连接，使用的时候非常方便。
优选地，所述接线端子为BNC接口。
在所述输入单元上，“fL”为交流恒流源低频频率输入按钮，“fH”为交流恒流源高频频率输入按钮，“ρ”为待测样品输入按钮(这里，如果已知待测材料的电阻率，则可以通过按下此按钮然后直接通过数字键输入)，“d”为待测样品直径输入按钮，“L”为待测样品上任意选取的两个检测点之间距离输入按钮，“C”为删除按钮，“OK”为确认按钮，“<”为所述 显示单元上光标左移按钮，“>”为所述显示单元上光标右移按钮，“＜”和“>”按键可配合“C”、“OK”等其他按键方便输入或修改信息，其余为数字输入按钮。
在实际检测过程中，先在直径为d的圆柱形待测样品上任意选取相距为L的两个检测点，手工输入低频频率、电阻率ρ和直径d(或间距L)后，装置检测并自动计算两个所述检测点之间的低频电阻值R0；然后调整所述交流恒流源的频率至高频，再检测待测样品上两个所述检测点之间的高频电阻值R；最后主控单元根据待测样品上所述两个检测点之间的低频电阻值R0、高频电阻值R、电阻率ρ和直径d(或间距L)计算待测样品的相对磁导率μr，并在显示屏显示出相对磁导率的测量值。
图2所示输入单元的20按键的替代方案可以是：由简单6个按键，上、下、左、右、删除、确认按键配合屏幕显示和程序完成信息输入。
图2所示输入单元的20按键及显示屏替代方案还可以是：由触摸屏完成信号输入和显示。
本实用新型的一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，有效避免了待测样品本身以及闭合磁路漏磁、绕制线圈麻烦等问题，简单巧妙，检测结果准确，实现了无损精确测量，具有高效率整体检测、操作方便、高灵敏度等优势，具有较好的应用前景。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：包括电阻检测单元、主控单元、输入单元和显示单元；
所述电阻检测单元包括交流恒流源和电压检测电路，所述交流恒流源电连接在待测样品两端，为待测样品两端提供低频段和高频段交流信号，所述电压检测电路与待测样品上任意选取的两个检测点电连接，并检测两个所述检测点之间的电压；
所述主控单元分别与所述交流恒流源、电压检测电路、输入单元和显示单元电连接。
2.根据权利要求1所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：所述交流恒流源的信号频率由所述主控单元控制可调。
3.根据权利要求2所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：所述交流恒流源提供的低频段交流信号的频率范围为0-120Hz，高频段交流信号的频率范围为10K-5MHz。
4.根据权利要求1所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：所述电压检测电路包括放大器、滤波器和AD转换电路；
所述放大器与待测样品上两个所述检测点电连接，对两个所述检测点之间的电压信号放大；所述滤波器电连接在所述放大器与所述AD转换电路之间，并对放大后的所述电压信号进行滤波处理；
所述AD转换电路电连接在所述滤波器与所述主控单元之间，用于对放大滤波后的电压信号进行模数转换处理。
5.根据权利要求1所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：所述电压检测电路包括锁相放大器，且所述交流恒流源与所述锁相放大器电连接，并为所述锁相放大器提供同步信号。
6.根据权利要求1所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：所述主控单元采用单片机。
7.根据权利要求1所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：所述输入单元为键盘或触摸显示屏，接收外部输入待测样品电阻率或两个所述检测点之间的长度、待测样品的直径以及高频和低频交流信号频率。
8.根据权利要求1所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：还包括呈封闭立体状的外壳，所述交流恒流源、电压检测电路和主控单元均设置在所述外壳内，所述输入单元和显示单元均设置在所述外壳的一侧面板上。
9.根据权利要求8所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：所述外壳上设有所述显示单元一侧的面板上还设四个接线端子，其中两个所述接线端子与所述交流恒流源电连接，另外两个所述接线端子与所述电压检测电路电连接。
10.根据权利要求9所述一种基于趋肤效应的铁磁导体相对磁导率检测装置，其特征在于：所述接线端子为BNC接口。
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