一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法

本发明涉及非磁性金属球体半径测量，具体是一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法。

背景技术：

1、半径是非磁性金属球体的关键参数。因此，非磁性金属球体的半径测量被广泛应用于相关产品的质量评估、过程监测、材质分选等领域。目前，普遍采用如下两种方法进行非磁性金属球体的半径测量：第一种方法是人工测量法，即测量人员手持游标卡尺或电子检测仪对非磁性金属球体进行逐个测量。在实际应用中，此种方法的测量结果受测量人员的经验和技能的影响很大，因此其存在测量准确率低的问题。第二种方法是激光测量法，即使用红外激光对非磁性金属球体进行激光成像，然后通过图像处理判断非磁性金属球体的半径。在实际应用中，此种方法的测量结果受背景光线的影响很大，因此其同样存在测量准确率低的问题。基于此，有必要发明一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法，以解决现有非磁性金属球体半径测量技术在测量人员的经验和技能及背景光线的影响下测量准确率低的问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有非磁性金属球体半径测量技术在测量人员的经验和技能及背景光线的影响下测量准确率低的问题，提供了一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：

3、一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法，该方法是采用如下步骤实现的：

4、步骤一：搭建测量系统；

5、所述测量系统包括三线圈电磁传感器、阻抗分析仪、上位机；所述三线圈电磁传感器包括线圈芯、激励线圈、第一接收线圈、第二接收线圈；线圈芯呈竖向设置；激励线圈固定套设于线圈芯的外侧面中部；第一接收线圈固定套设于线圈芯的外侧面下端；第二接收线圈固定套设于线圈芯的外侧面上端；激励线圈和第一接收线圈共同构成第一个线圈对；激励线圈和第二接收线圈共同构成第二个线圈对；阻抗分析仪分别与激励线圈、第一接收线圈、第二接收线圈电连接；上位机与阻抗分析仪电连接；

6、步骤二：通过上位机对阻抗分析仪的激励频率进行初始设定，阻抗分析仪输出正弦激励信号；正弦激励信号传输至激励线圈，使得第一接收线圈和第二接收线圈中感应产生感应信号；感应信号传输至阻抗分析仪，阻抗分析仪根据感应信号测得两个线圈对的阻抗，并将测量结果传输至上位机，上位机根据测量结果计算出两个线圈对的阻抗之差的实部；

7、步骤三：选取至少三个半径已知的非磁性金属球体，一方面保证各个非磁性金属球体的半径各不相同，另一方面保证各个非磁性金属球体的材料相同，然后逐个测量各个非磁性金属球体的半径测量特征值；具体测量步骤如下：

8、步骤a：将待测的非磁性金属球体置于三线圈电磁传感器的下方，通过上位机对阻抗分析仪的激励频率进行扫频控制，阻抗分析仪由此测得扫频激励频率下两个线圈对的阻抗，并将测量结果传输至上位机，上位机根据测量结果计算出扫频激励频率下两个线圈对的阻抗之差的实部；

9、步骤b：上位机根据扫频激励频率下两个线圈对的阻抗之差的实部，计算出扫频激励频率下电感的实部；具体计算公式如下：

10、

11、式中：re(l)表示电感的实部；re(z)表示两个线圈对的阻抗之差的实部；ω表示对应激励频率；

12、步骤c：上位机根据扫频激励频率下电感的实部，采用梯度下降法拟合出电感的实部与激励频率之间的关系直线，关系直线的斜率即为非磁性金属球体的半径测量特征值；

13、步骤四：上位机将各个非磁性金属球体的半径测量特征值和半径代入拟合方程，拟合出环境参数；拟合方程表示如下：

14、y＝y0+aerx；

15、式中：y表示非磁性金属球体的半径测量特征值；r表示非磁性金属球体的半径；y0、a、x均表示环境参数；

16、步骤五：选取半径未知的非磁性金属球体，并保证该非磁性金属球体的材料与步骤三中各个非磁性金属球体的材料相同，然后测量该非磁性金属球体的半径测量特征值；具体测量步骤如下：

17、步骤a：将待测的非磁性金属球体置于三线圈电磁传感器的下方，通过上位机对阻抗分析仪的激励频率进行扫频控制，阻抗分析仪由此测得扫频激励频率下两个线圈对的阻抗，并将测量结果传输至上位机，上位机根据测量结果计算出扫频激励频率下两个线圈对的阻抗之差的实部；

18、步骤b：上位机根据扫频激励频率下两个线圈对的阻抗之差的实部，计算出扫频激励频率下电感的实部；具体计算公式如下：

19、

20、式中：re(l)表示电感的实部；re(z)表示两个线圈对的阻抗之差的实部；ω表示对应激励频率；

21、步骤c：上位机根据扫频激励频率下电感的实部，采用梯度下降法拟合出电感的实部与激励频率之间的关系直线，关系直线的斜率即为非磁性金属球体的半径测量特征值；

22、步骤六：上位机将该非磁性金属球体的半径测量特征值和环境参数代入测量方程，计算出该非磁性金属球体的半径；测量方程表示如下：

23、y＝y0+aerx；

24、式中：y表示非磁性金属球体的半径测量特征值；r表示非磁性金属球体的半径；y0、a、x均表示环境参数。

25、所述步骤三和步骤五中，扫频范围为45000hz～100000hz，扫频数据点的个数为100，扫频步长为550hz。

26、线圈芯采用由非金属制成的空气芯；激励线圈的内径为0.75mm、外径为3mm、高度为1mm；第一接收线圈的内径为0.75mm、外径为3mm、高度为1mm；第二接收线圈的内径为0.75mm、外径为3mm、高度为1mm；激励线圈与第一接收线圈之间的距离为1mm；第一接收线圈与第二接收线圈之间的距离为1mm。

27、非磁性金属球体为铜球或铝球或锌球或钛球。

28、与现有非磁性金属球体半径测量技术相比，本发明所述的一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法一方面利用半径已知的非磁性金属球体来拟合环境参数，另一方面采用电感的实部与激励频率之间的关系直线的斜率作为半径测量特征值来计算非磁性金属球体的半径，由此具备了如下优点：其一，与人工测量法相比，本发明有效消除了测量人员的经验和技能对测量结果造成的影响，由此大幅提高了测量准确率。其二，与激光测量法相比，本发明有效消除了背景光线对测量结果造成的影响，由此大幅提高了测量准确率。

29、本发明有效解决了现有非磁性金属球体半径测量技术在测量人员的经验和技能及背景光线的影响下测量准确率低的问题，适用于非磁性金属球体的半径测量。

技术特征：

1.一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

2.根据权利要求1所述的一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法，其特征在于：所述步骤三和步骤五中，扫频范围为45000hz～100000hz，扫频数据点的个数为100，扫频步长为550hz。

3.根据权利要求1所述的一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法，其特征在于：线圈芯(101)采用由非金属制成的空气芯；激励线圈(102)的内径为0.75mm、外径为3mm、高度为1mm；第一接收线圈(103)的内径为0.75mm、外径为3mm、高度为1mm；第二接收线圈(104)的内径为0.75mm、外径为3mm、高度为1mm；激励线圈(102)与第一接收线圈(103)之间的距离为1mm；第一接收线圈(103)与第二接收线圈(104)之间的距离为1mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法，其特征在于：非磁性金属球体(4)为铜球或铝球或锌球或钛球。

技术总结
本发明涉及非磁性金属球体半径测量技术领域，具体是一种基于涡流效应的非磁性金属球体半径测量方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤一：搭建测量系统；步骤二：通过上位机对阻抗分析仪的激励频率进行初始设定；步骤三：选取至少三个半径已知的非磁性金属球体，逐个测量各个非磁性金属球体的半径测量特征值；步骤四：拟合出环境参数；步骤五：选取半径未知的非磁性金属球体，测量该非磁性金属球体的半径测量特征值；步骤六：计算出该非磁性金属球体的半径。本发明解决了现有非磁性金属球体半径测量技术在测量人员的经验和技能及背景光线的影响下测量准确率低的问题，适用于非磁性金属球体的半径测量。

技术研发人员：张志杰,王雯靖,尹武良
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17