[发明专利]一种磁颗粒检测系统的误差提取方法和装置

摘要

一种磁颗粒检测系统的误差提取方法和装置，利用两种相对独立的磁颗粒检测方法，以磁导率为隐变量建立感应线圈电压和感应线圈电感之间的联系，实现感应线圈电感理论值和测量值之间的误差提取，并由此得到感应电压误差和共振频率误差。本发明误差提取装置中，信号运算模块(8)的输入端连接磁颗粒检测系统的感应线圈，测量感应线圈的电压，计算感应线圈电感理论值。信号运算模块(8)的输出端连接误差提取模块(10)的输入端。扫频测量模块(9)的输入端连接磁颗粒检测系统的感应线圈，测量感应线圈的电感值，扫频测量模块(9)的输出端连接误差提取模块(10)的输入端。误差提取模块(10)计算感应线圈电感误差、电压误差和共振频率误差。

主权项

1.一种磁颗粒检测系统的误差提取方法，其特征是：所述方法利用两种相对独立的磁颗粒检测方式，以磁导率为隐变量建立感应线圈电压和感应线圈电感之间的联系，实现感应线圈电感理论值和测量值之间的误差提取，并由此得到感应电压误差和共振频率误差；具体步骤如下：(1)通过测量得到感应线圈电压u，并使用此感应线圈电压u推导出感应线圈的电感L，得到感应线圈电感L的理论值L1，方法如下：1)首先通过感应电压u得到磁化强度M，表达式为：考虑到当M＝0时，u＝0,故取初值M(0)＝0，式中，k为与线圈结构有关的恒定系数，是真空磁导率、线圈灵敏度以及线圈内部体积的乘积；2)再由磁化强度M得到关于磁导率μ的表达式，由郎之万顺磁理论可知，其中M_s是饱和磁化强度，为郎之万方程，x和磁颗粒磁导率μ_mp正相关：其中，m₀是单个磁颗粒的磁矩，k_B是玻尔兹曼常数，T是温度，H是激励线圈所激发的磁场的磁场强度；进一步考虑到磁颗粒检测系统中的感应线圈电感L与磁导率μ的关系：其中，N₁是激励线圈匝数，N₂是感应线圈匝数，A是感应线圈横截面面积，l是感应线圈长度，μ_mp是磁颗粒磁导率，μ_other是除磁颗粒以外感应线圈内其他物质对磁导率的贡献，由磁颗粒检测装置在未放置磁颗粒时测得；整理可得：由于磁颗粒是铁磁材料，其磁导率将会远大于线性磁导率的材料的磁导率μ_other，且考虑到非铁磁性材料磁导率通常很小，故这里使用：进行近似；3)整理以上表达式，得到感应电压u和感应线圈电感L的关系，结合激励磁场的具体选取情况，即由感应电压u得到感应线圈电感L，即感应线圈电感理论值L1：其中，是郎之万方程的反函数；(2)通过测量感应线圈电感得到感应线圈电感测量值；(3)由感应线圈电感理论值L1和感应线圈电感测量值计算得到感应线圈电感误差ΔL，感应线圈电感误差ΔL为感应线圈电感L理论值L1与测量值L2之间的差值：ΔL＝L1‑L2(4)计算感应线圈电压误差，计算频率误差得到共振频率误差，完成误差提取；感应线圈电压误差和共振频率误差由感应线圈电感误差ΔL进一步得到：根据需求，若需用感应电压信号波形的频谱的幅值来反映磁颗粒浓度的变化，则将下列算式整合即可得到感应线圈电压误差Δu：Δu＝u2‑u其中，μ_mp是磁颗粒磁导率，μ_other是除磁颗粒以外感应线圈内其他物质对磁导率的贡献，Δμ_mp是对磁颗粒磁导率的修正值，x2是对郎之万方程自变量的修正后的结果，M2是磁化强度的修正后的结果，u2是感应线圈电压的修正后的结果；感应线圈电压误差Δu作为补偿电压，弥补由于误差导致的电压变动，或用于对周边环境进行探测，提高磁颗粒成像的效果；若需用感应线圈电感和共振频率来反映磁颗粒浓度的变化，则利用下面两式计算共振频率误差Δf：Δf＝f2‑f其中，C是电路中的电容值，L是感应线圈电感，ΔL是感应线圈的电感误差，f2是考虑电感误差后得到的共振频率值，f是考虑电感误差前得到的共振频率值，Δf是共振频率误差；共振频率误差Δf作为补偿频率，弥补由于误差导致的共振频率变动，或用于对周边环境进行探测，提高磁颗粒成像的效果。