[发明专利]基于磁声电效应的非接触式导体电导率测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导体电导率测量方法及装置，特别涉及一种基于磁声电效应的非 接触式导体电导率测量方法及装置。

背景技术

传统的导体电导率测量通常采用在导体两侧施加电流信号，测量两侧电压信号的 方法，通过欧姆定律计算得到导体的电阻或者电导。再通过导体的尺寸和施加电流信号的 边界条件计算出导体的电导率。这种测量方法依赖于导体的尺寸，并且必须对导体施加电 信号，属于有接触式测量。其测量精度受到电极接触方式和导体电导率量级的影响较大。当 在被测导体电导率非常高的情况下，施加的电流信号在导体两侧产生的电压信号非常微 弱，导致测量误差较大。

1997年，HanWen等人提出霍尔效应电导率成像的方法，用来对模型的电导率进行 成像检测。2007年Y.Xu、SHaider等人，提出了利用互易定理的电导率成像检测的方法。这 些方法都是利用声波在磁场中传播时的电效应(霍尔效应)实现电导率检测的。其主要思路 是利用在模型中传播的声波在静磁场的作用下产生电场，通过检测电场反演电导率。

上述方法在测量电导率的过程中各有优势，但是第一种方法不适合高电导率材料 的电导率测量，而第二种方法虽然能够成像，但是仍然要在材料上施加电极，进行接触式的 弱信号测量，无法实现非接触式测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术如上所述的缺点而设计的，提出了一种基于磁声电 效应的非接触式材料电阻率测量方法和装置。本发明不需要测量样品中的电压或者电流信 号，只需要测量在材料中传播的声波的大小和相位，即可通过计算得到材料的电导率。本发 明给出了声波的大小和相位与材料电导率的对应公式，易于通过计算直接得到材料的电导 率。本发明适合测量电导率非常高的导体的电导率。

本发明的主要原理为：将被测材料置于均匀磁场中，将一束声波发射至被测材料 中，在被测材料的另一侧用一个声波接收装置进行接收。在声波的用下，材料中的物质会产 生振动，这个振动在磁场中相当于切割磁力线，则会产生一个与振动同步且方向垂直于振 动方向和磁场方向的电场，这个电场在导体材料中产生电流，产生的电流在磁场中又会受 到一个洛仑兹力的作用。这个力的方向与原声波的振动方向相反，阻碍原声波的振动，从而 会影响到声波的幅度和相位。通过测量接收到的声波的幅度和相位即可计算出材料的电导 率。

本发明所述的基于磁声电效应的电导率非接触式检测系统的测量平台如图1所 示，包括：静磁场系统、被测物体、声学耦合介质、低频声波换能器、传声器。被测物体置与静 磁场系统产生的均匀磁场B₀中。低频声波换能器向处于升学耦合介质中的样品发射低频脉 冲声波，这个声波在样品的另一侧被传声器收到。利用接收到声波的幅度与相位计算样品 的电导率。

本发明所述的基于磁声电效应的电导率非接触式检测系统的测控系统结构如图2 所示,包括：低频声波驱动装置、同步信号检测系统、中心测控系统。低频声波驱动装置与传 声器连接，同步信号检测系统与传声器连接，最后再与中心测控系统连接。

本发明所述的基于磁声电效应的导体电导率非接触式检测系统工作流程如图3所 示。中心测控系统首先控制系统处于校准模式，此时将已知电导率的标准件置于静磁体系 统产生的磁场范围内。低频声波驱动装置驱动低频声波换能器产生主频为100Hz左右的脉 冲声波，传声器和低频声波信号检测系统采集这个校准声波信号，记录下基准的声波幅度 和相位。然后同步触发和控制系统又使其工作在测量模式，此时将未知电导率的被测样本 置于静磁体系统产生的磁场范围之内。重复上述声波的发射和检测过程N次，由同步信号检 测系统采集N次声波的幅度和相位。

本发明所述的基于磁声电效应的导体电导率非接触式检测方法中，声波在均匀磁 场下的导体中传播的声压波动方程为