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原文传递基于正交分析的表面切向磁场高精度测量系统及方法

专利名称：	基于正交分析的表面切向磁场高精度测量系统及方法
摘要：	本发明涉及一种基于正交分析的表面切向磁场高精度测量系统及方法，系统包括上位机、任意函数发生器、双极性功率放大器、多通道数据采集卡和微磁检测传感器，所述微磁检测传感器进一步包括磁路调整装置，所述磁路调整装置为一对关于“U”形磁芯的中线相互对称且垂直于微磁检测传感器的测量面的硅钢片，位于“U”形磁芯的两极靴之间；所述磁路调整装置的两片硅钢片的板高A、间距B、厚度C和提离距离D的尺寸通过正交实验法确定，由此提高材料表面切向磁场的测量精度，为磁特征信号的准确提取提供了借鉴。
专利类型：	发明专利
申请人：	钢研纳克检测技术股份有限公司
发明人：	马坤;张建卫;刘涛;童凯;魏志辉;徐磊;刘光磊;王永锋
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN201911403112.0
公开号：	CN111157609A
代理机构：	北京中安信知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李彬;张小娟
分类号：	G01N27/72;G01R33/07;G;G01;G01N;G01R;G01N27;G01R33;G01N27/72;G01R33/07
申请人地址：	100081 北京市海淀区高粱桥斜街13号
主权项：	1.一种铁磁性材料表面切向磁场高精度测量系统，包括上位机(1)、任意函数发生器(2)、双极性功率放大器(3)、多通道数据采集卡(12)和微磁检测传感器(7)，微磁检测传感器(7)包括“U”形磁芯(5)、缠绕在“U”形磁芯(5)上的激励线圈(4)和多个由上至下等间距地设置在“U”形磁芯(5)中线上的霍尔元件，其特征在于：所述微磁检测传感器(7)进一步包括磁路调整装置(6)，所述磁路调整装置(6)为一对关于“U”形磁芯(5)的中线相互对称且垂直于微磁检测传感器(7)的测量面的硅钢片，位于“U”形磁芯(5)的两极靴之间；所述磁路调整装置(6)的两片硅钢片的板高A、间距B、厚度C和提离距离D的尺寸通过正交实验法确定，具体包括如下步骤：步骤1、采用多物理场耦合有限元仿真软件，分别设置“U”形磁芯(5)的电导率、相对介电常数和相对磁导率，磁路调整装置(6)的电导率、相对介电常数、相对磁导率，以及待测试件(8)的长、厚、电导率、相对介电常数和相对磁导率，采用自适应算法，对激励线圈(4)、待测试件(8)、“U”形磁芯(5)、磁路调整装置(6)和背景区域进行自由三角网格划分，并对“U”形磁芯(5)内跨距间的空气区域进行精密网格划分，计算得到的空间磁场分布；步骤2、定义目标函数F＝R2/k，式中，F为正交实验评价指标，其中R2为线性程度，k为变化速率；采用正交实验分析法，建立正交表Ln(tq)，式中，L为正交表符号；n为实验次数，即正交表行数；t为因素的水平数，即一列中出现不同数字的个数；q为最多能安排的因素数，即正交表的列数，包括板高A、间距B、厚度C和提离距离D四个因素；依据步骤1得到的空间磁场分布，先后对正交表中n组仿真模型进行计算，得到磁芯内跨距中心的切向磁场强度分布数据，借助matlab中内嵌的cftool工具，用一次方程y＝kx+b对切向磁场强度分布数据进行线性拟合，式中，x为距离待测试件(8)表面的垂直距离，y为对应的切向磁场强度，b为待测试件(8)表面x＝0mm时的切向磁场强度，得到切向磁场强度沿垂直方向分布的变化速率k以及线性程度R2，最终统计得到优化指标值F；从而确定磁路调整装置(6)的两片硅钢片的板高A、间距B、厚度C和提离距离D。 2.根据权利要求1所述的铁磁性材料表面切向磁场高精度测量系统，其特征在于：所述微磁检测传感器(7)包括三个霍尔元件，分别为：第一霍尔元件(9)、第二霍尔元件(10)和第三霍尔元件(11)。 3.一种利用权利要求1所述的测量系统的铁磁性材料表面切向磁场高精度测量方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤： S1、通过正交实验法确定微磁检测传感器(7)中磁路调整装置(6)的两片硅钢片的板高A、间距B、厚度C和提离距离D；具体过程包括：步骤1、采用多物理场耦合有限元仿真软件，分别设置“U”形磁芯(5)的电导率、相对介电常数和相对磁导率，磁路调整装置(6)的电导率、相对介电常数、相对磁导率，以及待测试件(8)的长、厚、电导率、相对介电常数和相对磁导率，采用自适应算法，对激励线圈(4)、待测试件(8)、“U”形磁芯(5)、磁路调整装置(6)和背景区域进行自由三角网格划分，并对“U”形磁芯(5)内跨距间的空气区域进行精密网格划分，计算得到空间磁场分布；步骤2、定义目标函数F＝R2/k，式中，F为正交实验评价指标，其中R2为线性程度，k为变化速率；采用正交实验分析法，建立正交表Ln(tq)，式中，L为正交表符号；n为实验次数，即正交表行数；t为因素的水平数，即一列中出现不同数字的个数；q为最多能安排的因素数，即正交表的列数，包括板高A、间距B、厚度C和提离距离D四个因素；依据步骤1得到的空间磁场分布，先后对正交表中n组仿真模型进行计算，得到磁芯内跨距中心的切向磁场强度分布数据，借助matlab中内嵌的cftool工具，用一次方程y＝kx+b对切向磁场强度分布数据进行线性拟合，式中，x为距离待测试件(8)表面的垂直距离，y为对应的切向磁场强度，b为待测试件(8)表面x＝0mm时的切向磁场强度，得到切向磁场强度沿垂直方向分布的变化速率k以及线性程度R2，最终统计得到优化指标值F；从而确定磁路调整装置(6)的两片硅钢片的板高A、间距B、厚度C和提离距离D； S2、使用步骤S1确定的微磁检测传感器(7)对待测试件(8)进行切向磁场测量。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法能够降低切向磁场强度Hx沿y方向的变化速率，并提升切向磁场强度Hx沿y方向的线性程度。
所属类别：	发明专利