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专利号: 2016109581362
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:选取多个表面硬度HS(i)互不相同、材质和几何参数均相同的标样,在每个标样上选取两个目标检测点;

步骤2:在所述标样两端加上幅度和频率均相同的高频恒流信号,检测不同已知表面硬度HS(i)的标样上两个所述目标检测点之间的高频电压值VSH(i);

步骤3:根据不同已知表面硬度HS(i)下两个所述目标检测点之间的高频电压值VSH(i)绘制标样的表面硬度HS(i)随高频电压值VSH(i)的变化曲线HS(i)~VSH(i);

步骤4:测量待测样品上两个所述目标检测点之间部分在相同高频恒流信号激励时的高频电压值VSH';

步骤5:在变化曲线HS(i)~VSH(i)中读取所述高频电压值VSH'对应的表面硬度HS';

其中,标样与待测样品为材质和几何参数均相同的铁磁性导体材料,且标样的表面硬度范围涵盖待测样品的表面硬度范围。

2.根据权利要求1所述的基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量方法,其特征在于:当标样和待测样品为圆柱形时,所述步骤2和步骤4中,所述高频恒流信号的频率f范围为:

其中,ρ为待测样品的电阻率,μr为待测样品的平均相对磁导率,r为圆柱形待测样品的半径。

3.根据权利要求2所述的基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量方法,其特征在于:所述高频恒流信号的频率f和幅度可调。

4.根据权利要求1所述的基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量方法,其特征在于:步骤2和步骤3之间还包括步骤21a:步骤21a:在各所述标样两端加上频率相同的低频恒流信号,检测两个所述目标检测点之间的部分在不同已知表面硬度HS(i)下的低频电压值VSL(i);

步骤3:根据在不同已知表面硬度HS(i)下的低频电压值VSL(i)和高频电压值VSH(i)计算待各标样的相对电压值V相对1(i),并绘制标样的相对电压值V相对1(i)随表面硬度HS(i)的变化曲线V相对1(i)~HS(i);

所述步骤4与步骤5之间还包括步骤41a:

步骤41a:测量待测样品上两个所述目标检测点之间部分的低频电压值VSL'和高频电压值VSH';

步骤5:根据高频电压值VSH'与低频电压值VSL'计算待测样品的相对电压值V相对1',并根据变化曲线V相对1(i)~~HS(i)读取所述相对电压值V相对1'对应的表面硬度HS'。

5.根据权利要求4所述的基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量方法,其特征在于,所述步骤3中相对电压值V相对1(i)的具体计算为:将已知表面硬度HS(i)的标样的高频电压值VSH(i)依次除以低频电压值VSL(i),得到相对电压值V相对1(i);

所述步骤5中相对电压值V相对1'的具体计算为:将待测样品上两个所述目标检测点之间的高频电压值VSH'依次除以低频电压值VSL',得到相对电压值V相对1'。

6.根据权利要求1所述的基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量方法,其特征在于:所述步骤2和步骤3之间还包括步骤21b:步骤21b:在标样两端加上低频恒流信号,检测两个所述目标检测点之间的部分在已知表面硬度HSmid下的低频电压值VSLmid;

其中,表面硬度HSmid为已知表面硬度范围的中间值;

步骤3:根据低频电压值VSLmid和不同已知硬度HS(i)对应的高频电压值VSH(i)计算待测样品的相对电压值V相对2(i),并绘制标样相对电压值V相对2(i)随表面硬度的变化曲线V相对2(i)~HS(i);

所述步骤4和步骤5之间还包括步骤41b:

步骤41b:测量待测样品上两个所述目标检测点之间部分的高频电压值VSH';

步骤5:根据高频电压值VSH'与低频电压值VSLmid计算待测样品的相对电压值V相对2';并根据变化曲线V相对2(i)~HS(i)读取所述相对电压值V相对2'对应的表面硬度HS'。

7.根据权利要求6所述的基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量方法,其特征在于:所述步骤3中相对电压值V相对2(i)的具体计算为:将已知表面硬度HS(i)的标样的高频电压值VSH(i)依次除以低频电压值VSLmid,得到相对电压值V相对2(i);

所述步骤5中相对电压值V相对2'的具体计算为:将待测样品上两个所述目标检测点之间的高频电压值VSH'除以低频电压值VSLmid得到相对电压值V相对2′。

8.一种基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量系统,其特征在于:包括交流恒流信号模块、交流电压检测模块和主控制模块;

所述交流恒流信号模块用于为标样或待测样品提供电流有效值恒定的高频或低频恒流信号;

所述交流电压检测模块用于检测各已知表面硬度HS(i)的标样上两个目标检测点之间的部分的高频电压值VSH(i);以及检测待测样品上两个所述目标检测点之间部分在高频恒流信号时的高频电压值VSH';

所述主控制模块用于根据不同已知表面硬度HS(i)的标样上两个目标检测点之间部分的高频电压值VSH(i)绘制标样的表面硬度HS(i)随高频电压值VSH(i)的变化曲线HS(i)~VSH(i);还用于在所述变化曲线HS(i)~VSH(i)中读取所述高频电压值VSH'对应的表面硬度HS';

其中,标样与待测样品为材质和几何参数均相同的铁磁性导体材料,且标样的表面硬度范围涵盖待测样品的表面硬度范围。

9.根据权利要求8所述的基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量系统,其特征在于:所述交流电压检测模块还用于检测不同已知表面硬度HS(i)的标样上两个目标检测点之间的低频电压值VSL(i);以及获取待测样品上两个目标检测点之间的低频电压值VSL';

所述主控制模块包括第一曲线绘制单元、第一计算单元和第一MCU;

所述第一计算单元用于根据不同已知表面硬度HS(i)的标样上两个目标检测点之间的低频电压值VSL(i)和高频电压值VSH(i)计算标样的相对电压值V相对1(i);还用于根据待测样品上两个目标检测点之间的部分在高频恒流信号时的高频电压值VSH'和低频电压值VSL'计算待测样品的相对电压值V相对1';

所述第一曲线绘制单元用于绘制标样的相对电压值V相对1(i)随表面硬度HS(i)的变化曲线V相对1(i)~HS(i);

所述第一MCU用于根据变化曲线V相对1(i)~HS(i)读取所述待测样品相对电压值V相对1'对应的表面硬度HS'。

10.根据权利要求8所述的基于趋肤效应的铁磁性导体材料表面硬度测量系统,其特征在于:所述交流电压检测模块还用于检测标样上两个所述目标检测点之间的部分在已知表面硬度HSmid下的低频电压值VSLmid;其中,表面硬度HSmid为待测样品表面硬度范围的中间值;

所述主控制模块包括第二曲线绘制单元、第二计算单元和第二MCU;

所述第二计算单元用于根据不同已知表面硬度HS(i)的标样上两个目标检测点之间的高频电压值VSH(i)和低频电压值VSLmid计算标样的相对电压值V相对2(i);还用于根据待测样品上两个目标检测点之间的部分在高频恒流信号时的高频电压值VSH'和低频电压值VSLmid计算待测样品的相对电压值V相对2';

所述第二曲线绘制单元用于绘制标样的相对电压值V相对2(i)随表面硬度HS(i)的变化曲线V相对2(i)~HS(i);

所述第二MCU用于根据变化曲线V相对2(i)~HS(i)读取所述待测样品的相对电压值V相对2'对应的表面硬度HS'。