CN106152927A - 检测金属厚度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测金属厚度的装置及方法，装置包括：谐振电路，谐振电路包括谐振线圈和谐振电容，其中，谐振线圈与待测金属之间具有预设距离；频率发生器，频率发生器用于输出激励信号给谐振电路，以使谐振电路进行谐振工作；功率检测单元，功率检测单元用于检测谐振电路进行谐振工作时的功率；控制器，控制器用于控制频率发生器产生多个频率的激励信号，并通过功率检测单元获取谐振电路进行谐振工作时的最小功率，以及将最小功率对应的激励信号的频率作为谐振电路的共振频率，并根据共振频率计算待测金属的厚度，从而，该装置能够自动检测待测金属的厚度，并且测量精度高，测量效率高。

Description

检测金属厚度的装置及方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种检测金属厚度的装置以及一种检测金属厚度的方法。

背景技术

相关技术中，在测量金属厚度时，通常是人工或机械利用尺子来测量金属厚度，但是，相关技术存在的缺点是，效率低，并且测量精度差。因此，相关技术存在改进的需要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高精度且高效率的检测金属厚度的装置。

本发明的另一个目的在于提出一种检测金属厚度的方法。

根据本发明一方面实施例提出的检测金属厚度的装置，包括：谐振电路，所述谐振电路包括谐振线圈和谐振电容，其中，所述谐振线圈与待测金属之间具有预设距离；频率发生器，所述频率发生器用于输出激励信号给所述谐振电路，以使所述谐振电路进行谐振工作；功率检测单元，所述功率检测单元用于检测所述谐振电路进行谐振工作时的功率；控制器，所述控制器用于控制所述频率发生器产生多个频率的所述激励信号，并通过所述功率检测单元获取谐振电路进行谐振工作时的最小功率，以及将最小功率对应的激励信号的频率作为谐振电路的共振频率，并根据共振频率计算待测金属的厚度。

根据本发明实施例提出的检测金属厚度的装置，通过控制器控制频率发生器产生多个频率的激励信号，并通过功率检测单元获取谐振电路进行谐振工作时的最小功率，然后，将最小功率对应的激励信号的频率作为谐振电路的共振频率，并根据共振频率计算待测金属的厚度，从而，该装置能够自动检测待测金属的厚度，并且测量精度高，测量效率高。

根据本发明的一个实施例，所述控制器具体用于，根据所述共振频率计算所述谐振线圈的电感值，并根据所述谐振线圈的电感值计算所述待测金属的厚度。

根据本发明的一个具体实施例，所述待测金属可设置在所述谐振线圈的正上方。

根据本发明的一个具体实施例，所述待测金属可为铁、不锈钢、铝、铜或锌。

根据本发明另一方面实施例提出的一种检测金属厚度的方法，所述检测金属厚度的装 置包括谐振电路和频率发生器、所述谐振电路包括谐振线圈和谐振电容、所述谐振线圈与待测金属之间具有预设距离、所述频率发生器用于输出激励信号给所述谐振电路，所述方法包括以下步骤：检测所述谐振电路进行谐振工作时的功率；控制所述频率发生器产生多个频率的所述激励信号，并获取所述谐振电路进行谐振工作时的最小功率；将所述最小功率对应的激励信号的频率作为所述谐振电路的共振频率，并根据所述共振频率计算所述待测金属的厚度。

根据本发明实施例提出的检测金属厚度的方法，控制频率发生器产生多个频率的激励信号，并获取谐振电路进行谐振工作时的最小功率，然后，将最小功率对应的激励信号的频率作为谐振电路的共振频率，并根据共振频率计算待测金属的厚度，从而，该方法能够自动检测待测金属的厚度，并且测量精度高，测量效率高。

根据本发明的一个实施例，根据所述共振频率计算所述待测金属的厚度具体包括：根据所述共振频率计算所述谐振线圈的电感值；根据所述谐振线圈的电感值计算所述待测金属的厚度。

根据本发明的一个具体实施例，所述待测金属可设置在所述谐振线圈的正上方。

根据本发明的一个具体实施例，所述待测金属可为铁、不锈钢、铝、铜或锌。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的检测金属厚度的装置的方框示意图；

图2是根据本发明一个实施例的检测金属厚度的装置的示意图；以及

图3是根据本发明一个实施例的检测金属厚度的方法的流程图。

附图标记：

谐振电路10、频率发生器20、功率检测单元30、控制器40、谐振电容C1、谐振线圈L1和待测金属Z1。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例提出的检测金属厚度的装置及方法。

如图1和图2所示，根据本发明一个实施例的检测金属厚度的装置包括：谐振电路10、频率发生器20、功率检测单元30和控制器40。

其中，谐振电路10包括谐振线圈L1和谐振电容C1，其中，谐振线圈L1与待测金属 Z1之间具有预设距离，待测金属Z1将影响谐振线圈L1的电感值。根据本发明的一个具体实施例，如图2所示，待测金属Z1可设置在谐振线圈L1的正上方，待测金属Z1与谐振线圈L1之间的距离可为预设距离H(H为根据需求设定的定值)。更具体地，待测金属Z1可设置在谐振线圈L1的中间空心的正上方。根据本发明的一个具体实施例，待测金属Z1可为铁、不锈钢、铝、铜或锌。

频率发生器20用于输出激励信号给谐振电路10，以使谐振电路10进行谐振工作，根据本发明的一个具体示例，激励信号可为幅值相等且频率可变的正弦波信号；功率检测单元30用于检测谐振电路10进行谐振工作时的功率。

控制器40用于控制频率发生器20产生多个频率的激励信号，并通过功率检测单元30获取谐振电路10进行谐振工作时的最小功率，以及将最小功率对应的激励信号的频率作为谐振电路10的共振频率，并根据共振频率计算待测金属的厚度。也就是说，控制器40通过与频率发生器20进行通信以控制激励信号的频率，控制器40通过与功率检测单元30进行通信以获取谐振电路10进行谐振工作时的功率，并且控制器40在获取谐振电路10的功率的同时还记录下对应的激励信号的频率。

需要说明的是，控制器40内可预存共振频率与待测金属的厚度的关系，从而在获取共振频率之后，通过查询共振频率与待测金属的厚度的关系来计算出待测金属的厚度。根据本发明的一个具体示例，共振频率与待测金属的厚度之间的关系可通过仿真或者实验获取。

另外，根据本发明的一个具体示例，激励信号的频率可在第一预设功率f0与第二预设功率f1之间以预设步进变化，例如，频率发生器20可输出频率在1kHz-100kHz之间变化且预设步进为1kHz的激励信号，即言，频率发生器20可依次输出频率为1kHz、2kHz、3kHz、…、100kHz的激励信号。

具体而言，控制器40可通过向谐振电路10施加多个频率的激励信号，来获取谐振电路10的共振频率。谐振电路10在激励信号的激励下将会进行振荡，并且在不同频率的激励信号的激励下，谐振电路10的工作功率也将不同。其中，激励信号的频率越接近谐振电路10的共振频率，谐振电路10的功率越小，由此谐振电路10在激励信号的频率等于共振频率时消耗能量最小即功率最小，控制器40通过获取谐振电路10在多个频率下进行谐振工作时的功率来找出最小功率，从而获取最小功率对应的共振频率，这样基于共振频率与待测金属的厚度之间的关系，控制器40最终可根据共振频率计算出待测金属的厚度。

由此，该装置能够自动检测待测金属的厚度，并且测量精度高，测量效率高。

根据本发明的一个实施例，控制器40具体用于根据共振频率计算谐振线圈的电感值，并根据谐振线圈的电感值计算待测金属的厚度。

具体而言，谐振电路10的共振频率可反映谐振线圈L1的电感量L的大小。具体地， 谐振线圈L1的电感量L、谐振电容C1的电容量C和共振频率F之间存在如下关系： 在保持电容量C固定不变的情况下，可找出共振频率F与电感量L的关系，即根据共振频率F可计算谐振线圈L1的电感值L。

并且，从电感原理可知，金属物理量即待测金属Z1的物理量会影响谐振线圈L1的电感量L。在待测金属与谐振线圈之间的距离H固定的情况下，谐振线圈L1的电感量L由线圈大小、绕线尺寸、匝数、绕线材质及磁芯物理量决定，而线圈大小、绕线尺寸、匝数和绕线材质均可为固定参数，此种情况下电感量L将仅受磁芯物理量的决定，而对于同一平面材质金属，影响磁芯物理量的条件为金属厚度Z，故可建立电感量L与待测金属的厚度Z关系，即可根据电感值L计算待测金属的厚度Z。

由此，根据电感量L与厚度Z之间的关系和共振频率F与电感量L之间的关系，可建立共振频率F与厚度Z之间的关系，从而控制器40可根据共振频率计算出待测金属的厚度。

另外，由于共振频率是根据谐振电路10进行谐振工作时的最小功率获取的，所以也可建立谐振电路10的最小功率W与厚度Z的关系，例如W＝n*f(Z)，其中，n为常量，n可根据最小功率W和共振频率F设定，从而控制器40可根据最小功率W计算出待测金属的厚度Z。

综上所述，根据本发明实施例提出的检测金属厚度的装置，通过控制器控制频率发生器产生多个频率的激励信号，并通过功率检测单元获取谐振电路进行谐振工作时的最小功率，然后，将最小功率对应的激励信号的频率作为谐振电路的共振频率，并根据共振频率计算待测金属的厚度，从而，该装置能够自动检测待测金属的厚度，并且测量精度高，测量效率高。

基于上述实施例的检测金属厚度的装置，本发明还提出了一种检测金属厚度的方法。

图3是根据本发明实施例的检测金属厚度的方法的流程图。其中，检测金属厚度的装置包括谐振电路和频率发生器、谐振电路包括谐振线圈和谐振电容、谐振线圈与待测金属之间具有预设距离、待测金属将影响谐振线圈的电感值、频率发生器用于输出激励信号给谐振电路。根据本发明的一个具体实施例，如图2所示，待测金属可设置在谐振线圈的正上方，待测金属与谐振线圈之间的距离可为预设距离H(H为根据需求设定的定值)。更具体地，待测金属可设置在谐振线圈的中间空心的正上方。根据本发明的一个具体实施例，待测金属可为铁、不锈钢、铝、铜或锌。

如图3所示，检测金属厚度的方法包括以下步骤：

S1：检测谐振电路进行谐振工作时的功率。

S2：控制频率发生器产生多个频率的激励信号，并获取谐振电路进行谐振工作时的最 小功率。

也就是说，在获取谐振电路的功率的同时还记录下对应的激励信号的频率。

根据本发明的一个具体示例，激励信号可为幅值相等且频率可变的正弦波信号。更具体地，激励信号的频率可在第一预设功率f0与第二预设功率f1之间以预设步进变化，例如，频率发生器可输出频率在1kHz-100kHz之间变化且预设步进为1kHz的激励信号，即言，频率发生器可依次输出频率为1kHz、2kHz、3kHz、…、100kHz的激励信号。

S3：将最小功率对应的激励信号的频率作为谐振电路的共振频率，并根据共振频率计算待测金属的厚度。

需要说明的是，可预存共振频率与待测金属的厚度的关系，从而在获取共振频率之后，通过查询共振频率与待测金属的厚度的关系来计算出待测金属的厚度。根据本发明的一个具体示例，共振频率与待测金属的厚度之间的关系可通过仿真或者实验获取。

具体而言，可通过向谐振电路施加多个频率的激励信号，来获取谐振电路的共振频率。谐振电路在激励信号的激励下将会进行振荡，并且在不同频率的激励信号的激励下，谐振电路的工作功率也将不同。其中，激励信号的频率越接近谐振电路的共振频率，谐振电路的功率越小，由此谐振电路在激励信号的频率等于共振频率时消耗能量最小即功率最小，通过获取谐振电路在多个频率下进行谐振工作时的功率来找出最小功率，进而获取最小功率对应的共振频率，这样基于共振频率与待测金属的厚度之间的关系，最终可根据共振频率计算出待测金属的厚度。

由此，该测量金属厚度的方法能够自动检测待测金属的厚度，并且测量精度高，测量效率高。

根据本发明的一个实施例，根据共振频率计算待测金属的厚度步骤S3具体包括：根据共振频率计算谐振线圈的电感值；根据谐振线圈的电感值计算待测金属的厚度。

具体而言，谐振电路的共振频率可反映谐振线圈的电感量L的大小。具体地，谐振线圈的电感量L、谐振电容的电容量C和共振频率F之间存在如下关系：在保持电容量C固定不变的情况下，可找出共振频率F与电感量L的关系，即根据共振频率F可计算谐振线圈的电感值L。

并且，从电感原理可知，金属物理量即待测金属的物理量会影响谐振线圈的电感量L。在待测金属与谐振线圈之间的距离H固定的情况下，谐振线圈的电感量L由线圈大小、绕线尺寸、匝数、绕线材质及磁芯物理量决定，而线圈大小、绕线尺寸、匝数和绕线材质均可为固定参数，此种情况下电感量L将仅受磁芯物理量的决定，而对于同一平面材质金属，影响磁芯物理量的条件为金属厚度Z，故可建立电感量L与待测金属的厚度Z关系，即可 根据电感值L计算待测金属的厚度Z。

由此，根据电感量L与厚度Z之间的关系和共振频率F与电感量L之间的关系，可建立共振频率F与厚度Z之间的关系，从而可根据共振频率计算出待测金属的厚度。

另外，由于共振频率是根据谐振电路进行谐振工作时的最小功率获取的，所以也可建立谐振电路的最小功率W与厚度Z的关系，例如W＝n*f(Z)，其中，n为常量，n可根据最小功率W和共振频率F设定，从而可根据最小功率W计算出待测金属的厚度Z。

综上所述，根据本发明实施例提出的检测金属厚度的方法，控制频率发生器产生多个频率的激励信号，并获取谐振电路进行谐振工作时的最小功率，然后，将最小功率对应的激励信号的频率作为谐振电路的共振频率，并根据共振频率计算待测金属的厚度，从而，该方法能够自动检测待测金属的厚度，并且测量精度高，测量效率高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包 含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种检测金属厚度的装置，其特征在于，包括：

谐振电路，所述谐振电路包括谐振线圈和谐振电容，其中，所述谐振线圈与待测金属之间具有预设距离；

频率发生器，所述频率发生器用于输出激励信号给所述谐振电路，以使所述谐振电路进行谐振工作；

功率检测单元，所述功率检测单元用于检测所述谐振电路进行谐振工作时的功率；

控制器，所述控制器用于控制所述频率发生器产生多个频率的所述激励信号，并通过所述功率检测单元获取所述谐振电路进行谐振工作时的最小功率，以及将所述最小功率对应的激励信号的频率作为所述谐振电路的共振频率，并根据所述共振频率计算所述待测金属的厚度。

2.如权利要求1所述的检测金属厚度的装置，其特征在于，所述控制器具体用于，根据所述共振频率计算所述谐振线圈的电感值，并根据所述谐振线圈的电感值计算所述待测金属的厚度。

3.如权利要求1所述的检测金属厚度的装置，其特征在于，所述待测金属设置在所述谐振线圈的正上方。

4.如权利要求1所述的检测金属厚度的装置，其特征在于，所述待测金属为铁、不锈钢、铝、铜或锌。

5.一种检测金属厚度的方法，其特征在于，所述检测金属厚度的装置包括谐振电路和频率发生器、所述谐振电路包括谐振线圈和谐振电容、，所述谐振线圈与待测金属之间具有预设距离、所述频率发生器用于输出激励信号给所述谐振电路，所述方法包括以下步骤：

检测所述谐振电路进行谐振工作时的功率；

控制所述频率发生器产生多个频率的所述激励信号，并获取所述谐振电路进行谐振工作时的最小功率；

将所述最小功率对应的激励信号的频率作为所述谐振电路的共振频率，并根据所述共振频率计算所述待测金属的厚度。

6.如权利要求5所述的检测金属厚度的方法，其特征在于，根据所述共振频率计算所述待测金属的厚度具体包括：

根据所述共振频率计算所述谐振线圈的电感值；以及

根据所述谐振线圈的电感值计算所述待测金属的厚度。

7.如权利要求5所述的检测金属厚度的方法，其特征在于，所述待测金属设置在所述谐振线圈的正上方。

8.如权利要求5所述的检测金属厚度的方法，其特征在于，所述待测金属为铁、不锈钢、铝、铜或锌。