CN102445672A - 永磁体剩磁温度系数测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量永磁体剩磁温度系数的装置及方法。该装置基于一个非共面环形激光器，在其中的一条毛细孔中放置有法拉第旋光元件。将待测永磁体放置在激光器外面靠近法拉第旋光元件的面上。永磁体上贴有温度传感器。将整个装置放置在高低温箱中。其中，偏频量

本发明选择熔石英玻璃作为旋光元件，其Verdet系数的温度系数小于10ppm，d的温度系数为0.5ppm，稳频控制可以保证在-45℃～+70℃范围内Δv_c的稳定度为10^-9。本发明通过测量偏频量随温度的变化可以测得永磁体剩磁温度系数，测量精度优于3×10^-5，并且具有简便易行的优点。

Description

永磁体剩磁温度系数测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于永磁材料的特性参数测量技术，涉及一种永磁体剩磁温度系数测量装置及测量方法。

背景技术

永磁体剩磁温度系数常用的测量方法是通过测量不同温度下的退磁曲线来实现。现有技术的试样放在两个加热极头之间，两个加热极头设置在磁化装置内，分布为N极和S极。而且样品上缠绕有接在B(J)积分器上的磁通探测线圈，附近设置有接在H积分器上的磁场探测线圈，两个积分器均连接在X-Y记录仪或计算机上。同时励磁电源与磁化装置和B(J)积分器相连。

所述测量装置将测得的T₁和T₂温度下所对应的Br按(1)式计算得到剩磁的温度系数

为：

${\mathrm{\α}}_{B_r}=\frac{B_r\left(T_2\right)-B_r\left(T_1\right)}{B_r\left(T_1\right)\×(T_2-T_1)}\×100\%---\left(1\right)$

上述方法要求：在每个温度点测试前，需要用最大磁化场将样品磁化至饱和(或接近饱和)，然后在测试温度点完成退磁测试。因而如果要测试样品在某个温度范围内(多个温度点)的剩磁的温度特性，需要进行多次的充磁和退磁处理，而退磁处理工艺较为复杂，难以除尽，增加了实际测量难度。

发明内容

本发明的目的是：提出一种操作简单、精度高的永磁体剩磁温度系数测量装置。

另外，本发明提供一种基于上述测量装置的永磁体剩磁温度系数测量方法。

本发明的技术方案是：一种永磁体剩磁温度系数测量装置，其基于一个非共面环形激光器，该非共面环形激光器内具有四条依次相通的毛细孔，在其中的一条毛细孔中放置有法拉第旋光元件，待测永磁体放置在激光器外面靠近法拉第旋光元件的面上，待测永磁体上贴有温度传感器，另外，所述非共面环形激光器四条毛细孔两两相交处安装有一对平面镜和一对带稳频压电组件的球面镜，其中，合光棱镜安装在平面镜上，并与光电转换器相接，而光电转换器与控制电路相连，该控制电路直接与非共面环形激光器的阴极以及两个阳极相连，同时两个带稳频压电组件的球面镜和温度传感器也与控制电路相连。

整个测量装置放置在一个高低温试验箱中，由高低温试验箱提供不同的环境温度。

所述四条毛细孔的轴线不在一个平面内。

一种基于永磁体剩磁温度系数测量装置的永磁体剩磁温度系数测量方法，选择熔石英玻璃作为旋光元件的材料，基于公式(2)，测量非共面环形激光器的偏频量f_B随温度的变化量，从而得到永磁体剩磁温度系数，

$f_B=\frac{1}{\mathrm{\π}}\mathrm{VBd\Δ}{v}_c---\left(2\right)$

其中，f_B为非共面环形激光器的偏频量，V为旋光元件的Verdet系数，B为待测永磁体施加在旋光元件上的磁感应强度，d为旋光元件的厚度，Δv_c为非共面环形激光器的空腔频率。

其中，Verdet系数的温度系数小于10ppm，其厚度d的温度系数为0.5ppm。

本发明的优点是：本发明通过测量非共面环形激光器的偏频量随温度的变化可以测得永磁体剩磁温度系数，测量精度优于3×10^-5，并且具有简便易行的优点。同时，本发明仅需在试验前对样品进行一次磁化，并且可以实现连续测量，得到样品在某个温度范围内剩磁的温度特性，比传统的剩磁温度系数测量方法要简便很多。

附图说明

图1是本发明永磁体剩磁温度系数的测量装置的结构示意图；

图2是非共面环形激光器中增益曲线及模式分布示意图，

1-法拉第旋光元件、2-温度传感器、3-带稳频压电组件的球面镜、4-阳极、5-腔体、6-平面镜、7-阴极、8-光电转换器、9-合光棱镜、13-待测永磁体、14-四条毛细孔、18-控制电路。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明永磁体剩磁温度系数测量装置基于一个非共面环形激光器，该非共面环形激光器内具有四条依次相通的毛细孔，用于光束传播，且四条毛细孔的轴线不在一个平面内。在其中的一条毛细孔14中放置有一个法拉第旋光元件1。待测永磁体13放置在激光器外面靠近法拉第旋光元件1的面上。待测永磁体13上贴有温度传感器2。将整个装置放置在高低温箱中。用控制电路18控制非共面环形激光器，测量其偏频量随温度的变化曲线。另外，所述非共面环形激光器四条毛细孔两两相交处安装有一对平面镜6和一对带稳频压电组件的球面镜3。其中，合光棱镜9安装在平面镜6上，并与光电转换器8相接，而光电转换器与控制电路18相连。该控制电路直接与非共面环形激光器的阴极以及两个阳极4相连，同时两个带稳频压电组件的球面镜3和温度传感器2也与控制电路18相连。上述整个测量装置放置在一个高低温试验箱中，由高低温试验箱提供不同的环境温度。

本发明永磁体剩磁温度系数测量方法的工作原理为：在非共面环形激光器中运转着四个频率的光波，分别为左旋逆时针光、左旋顺时针光、右旋顺时针光和右旋逆时针光，如图3所示，其中，左旋逆时针光和左旋顺时针光组成左旋陀螺，右旋顺时针光和右旋逆时针光组成右旋陀螺。左、右旋陀螺的频率间隔一般为几百MHz，与腔体5中光路的非共面角度及光路的光程长相关。通过法拉第效应给左、右旋陀螺提供偏频，偏频量一般为MHz量级，由(2)式决定：

$f_B=\frac{1}{\mathrm{\π}}\mathrm{VBd\Δ}{v}_c---\left(2\right)$

其中V为旋光元件的Verdet系数，B为待测永磁体施加在旋光元件上的磁感应强度，d为旋光元件的厚度，Δv_c为非共面环形激光器的空腔频率。

当环形激光传感器相对于惯性空间有转动Ωin时，左旋陀螺的频差(左旋顺时针光与左旋逆时针光的频率差)为：

Δf_L＝f_B+Ω_in     (3)

而右旋陀螺的频差(右旋逆时针光与右旋顺时针光的频率差)为：

Δf_R＝f_B-Ω_in     (4)

通过控制电路18解调得到左、右旋陀螺的频差Δf_L和Δf_R，因而可以求得偏频量为：

$f_B=\frac{1}{2}({\mathrm{\Δf}}_L+\mathrm{\Δ}{f}_R)---\left(5\right)$

合光棱镜9将从平面镜10输出的四束光进行合光产生干涉信号，该信号经过光电转换器8转换为电信号并经过控制电路18解调后得到偏频量f_B。温度传感器2测量出待测永磁体13的温度。

选择熔石英玻璃作为旋光元件的材料，其Verdet系数的温度系数小于10ppm，旋光元件厚度d的温度系数为0.5ppm，控制电路可以保证在-45℃～+70℃范围内Δv_c的稳定度优于10^-9。当温度变化时，由于上述3项的温度系数较小，因此永磁体剩磁的温度系数通过非共面环形激光器的偏频量反映出来，通过控制电路18测量偏频量随温度的变化可以测得永磁体剩磁温度系数，测量精度优于3×10^-5，按(6)式计算永磁体的温度系数

${\mathrm{\α}}_{B_r}=\frac{f_B\left(T_2\right)-f_B\left(T_1\right)}{f_B\left(T_1\right)\×(T_2-T_1)}\×100\%---\left(6\right)$

因此本发明永磁体剩磁温度系数测量方法基于上述永磁体剩磁温度系数测量装置，搭建调试好测量装置以后，基于公式(2)，通过测量偏频量随温度的变化可以测得永磁体剩磁温度系数，测量精度优于3×10^-5，并且具有简便易行的优点。同时，本发明仅需在试验前对样品进行一次磁化，并且可以实现连续测量，得到样品在某个温度范围内剩磁的温度特性，比传统的剩磁温度系数测量方法要简便很多。

Claims (5)

1.一种永磁体剩磁温度系数测量装置，其特征在于：基于一个非共面环形激光器，该非共面环形激光器内具有四条依次相通的毛细孔，在其中的一条毛细孔中放置有法拉第旋光元件[1]，待测永磁体[13]放置在激光器外面靠近法拉第旋光元件[1]的面上，待测永磁体[13]上贴有温度传感器[2]，另外，所述非共面环形激光器四条毛细孔两两相交处安装有一对平面镜[6]和一对带稳频压电组件的球面镜[3]，其中，合光棱镜[9]安装在平面镜[6]上，并与光电转换器[8]相接，而光电转换器与控制电路[18]相连，该控制电路直接与非共面环形激光器的阴极以及两个阳极[4]相连，同时两个带稳频压电组件的球面镜[3]和温度传感器[2]也与控制电路[18]相连。

2.根据权利要求1所述的永磁体剩磁温度系数测量装置，其特征在于：整个测量装置放置在一个高低温试验箱中，由高低温试验箱提供不同的环境温度。

3.根据权利要求1所述的永磁体剩磁温度系数测量装置，其特征在于：所述四条毛细孔的轴线不在一个平面内。

4.一种基于权利要求1至3任一项所述永磁体剩磁温度系数测量装置的永磁体剩磁温度系数测量方法，其特征在于，选择熔石英玻璃作为旋光元件的材料，基于公式(2)，测量非共面环形激光器的偏频量f_B随温度的变化量，从而得到永磁体剩磁温度系数，

$f_B=\frac{1}{\mathrm{\π}}\mathrm{VBd\Δ}{v}_c---\left(2\right)$

其中，f_B为非共面环形激光器的偏频量，V为旋光元件的Verdet系数，B为待测永磁体施加在旋光元件上的磁感应强度，d为旋光元件的厚度，Δv_c为非共面环形激光器的空腔频率。

5.根据权利要求4所述的永磁体剩磁温度系数测量方法，其特征在于：其中，verdet系数的温度系数小于10ppm，其厚度d的温度系数为0.5ppm。

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