CN105548923A - 一种二维高频旋转磁特性传感器件 - Google Patents

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王苗
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Abstract

本发明涉及一种二维高频旋转磁特性传感器件，其技术特点是：包括两组磁通密度针探测传感器和两个磁场强度探测线圈，所述两个磁场强度探测线圈分别紧贴在待测样片中间区域的上下表面且相互垂直，所述两组磁通密度针探测传感器相互垂直并分别位于待测样片上表面的磁场强度探测线圈两侧，实现同时测量两个相互正交方向上的磁通密度和磁场强度的功能。本发明可以在不损坏样件的情况下对其磁通密度进行测量，同时采集得到x和y两方向上磁通密度以及磁场强度所对应的感应电压，进而可以分析得到材料的相关磁特性，本发明对磁性材料的单片测量，尤其是对高频磁芯材料，例如超微晶、非晶合金、软磁SMC以及铁氧体的磁特性测量具有重要的研究意义。

Description

一种二维高频旋转磁特性传感器件
技术领域
本发明属于磁特性测量技术领域，尤其是一种二维高频旋转磁特性传感器件。
背景技术
随着科技的进步和工业的发展，各种电机、变压器及电感器等电磁设备被广泛应用于电力、通信、交通、国防等各个领域，我国也将高频变压器列为国网重点研究方向，节能、高效、小型化已成为电磁设备的发展趋势。由于磁芯结构直接影响了电磁设备的体积与能耗，因此磁芯材料磁特性准确测量与分析至关重要。超微晶合金材料有饱和磁通密度高、磁导率高、高频损耗低等特点，是高频工作情况下非常重要的磁性材料之一。
现有技术中的二维磁特性测量传感器通常采用传统的探测线圈方法，已有的B线圈传感器需要在样件上通过打孔来缠绕十字形探测线圈，打孔使得样片磁密分布不均，尤其是在局部测量上，这种情况更加严重，导致准确性降低，使得测量的结果并不能真正反映磁特性。此外，当测量小样件的局部磁特性时，难以实现打孔功能，极易造成样片整体的损坏(例如超微晶合金样片)。
现有技术中的H线圈传感器是把x线圈垂直交叉的缠绕在y线圈上，但是该方法造成H传感器中两方向线圈尺寸不一致，并且与样片表面不能紧密贴合在一起，致使误差变大，测量准确度降低并且增加了高频电容效应的影响。
综上所述，现有技术难以实现对材质脆、易碎、超薄、不易加工的磁性材料制成的单片磁性样片进行准确、可靠的测量功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维高频旋转磁特性传感器件，解决了对材质脆、易碎、超薄、不易加工等单片磁性样片的准确且安全可靠的测量问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种二维高频旋转磁特性传感器件，包括两组磁通密度针探测传感器和两个磁场强度探测线圈，所述两个磁场强度探测线圈分别紧贴在待测样片中间区域的上下表面且相互垂直，所述两组磁通密度针探测传感器相互垂直并分别位于待测样片上表面的磁场强度探测线圈两侧，实现同时测量两个相互正交方向上的磁通密度和磁场强度的功能。
而且，每组磁通密度针探测传感器均由二个传感器管套、二个传感器连接弹簧、二个传感器探针及传感器连接漆包铜线构成；传感器探针安装在传感器管套内，其上部与传感器连接弹簧相连接，传感器管套端口处通过传感器连接漆包铜线将两个传感器套管连接在一起。
而且，所述传感器探针采用铜材质制成，传感器探针的端部为尖头结构。
而且，所述传感器连接漆包铜线两端采用双绞方式绕制而成。
而且，所述磁场强度探测线圈由线圈绝缘骨架和线圈缠绕漆包铜线构成，所述线圈缠绕漆包铜线均匀单层密绕在线圈绝缘骨架上。
而且，所述线圈绝缘骨架为非导磁材料制成的板型绝缘骨架。
而且，所述线圈缠绕漆包铜线两端采用双绞方式绕制而成。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用两组磁通密度针探测传感器和两个磁场强度探测线圈，无需在样片中间部分打孔来缠绕线圈，在不损坏待测样片的情况下，便可能够实现单片磁性样片的磁通密度和磁场强度的测量功能，属于无损测量技术，克服了传统磁通密度探测线圈方法中样片打孔而损坏样片的缺陷，尤其适用于非晶、超微晶、软磁SMC和铁氧体等待测样片的测量。
2、本发明采用传感器进线端与出线端漆包线双绞方式来绕制，可有效消除线圈中的干扰，提高传感线圈测量精度；同时采用两个独立的磁场强度探测线圈分别紧贴样片上下表面彼此垂直放置，提高了线圈测量精度。
3、本发明以超微晶合金样片为例作为二维高频旋转磁特性传感器件的研究对象，可以用于测量超微晶合金等软磁材料的旋转磁特性，为建立超微晶磁特性数据库，更好地应用于工程实际中打下坚实的基础，为电磁设备的优化设计提供重要依据，同时也对建立超微晶合金材料的高频磁特性测量标准具有积极的促进作用。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3a为磁通密度针探测传感器Bx的结构示意图；
图3b为磁通密度针探测传感器By的结构示意图；
图4a为磁场强度探测线圈Hx的结构示意图；
图4b为磁场强度探测线圈Hy的结构示意图；
图中，1-待测超微晶样片；2-x方向磁通密度针探测传感器Bx；3-y方向磁通密度针探测传感器By；4-y方向磁场强度探测线圈Hy；5-x方向磁场强度探测线圈Hx；6-Bx传感器管套；7-Bx传感器连接弹簧；8-Bx传感器探针；9-Bx传感器连接漆包铜线；10-By传感器管套；11-By传感器连接弹簧；12-By传感器探针；13-By传感器连接漆包线；14-Hy线圈绝缘骨架；15-Hy线圈缠绕漆包铜线；16-Hx线圈绝缘骨架；17-Hx线圈缠绕漆包铜线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种二维高频旋转磁特性传感器件，如图1及图2所示，包括两组磁通密度针探测传感器和两个磁场强度探测线圈，两组磁通密度针探测传感器包括一组x方向磁通密度针探测传感器Bx(2)和一组y方向磁通密度针探测传感器By(3)，两个磁场强度探测线圈包括一个x方向磁场强度探测线圈Hx(5)和一个y方向磁场强度探测线圈Hy(4)。所述x方向磁场强度探测线圈Hx(5)和所述y方向磁场强度探测线圈Hy(4)分别紧贴在待测超微晶样片(1)中间区域的上下表面且相互垂直。一组x方向磁通密度针探测传感器Bx(2)通过一个安装架设置在x方向磁场强度探测线圈Hx(5)的x方向两侧，一组y方向磁通密度针探测传感器By(3)通过一个安装架设置在x方向磁场强度探测线圈Hx(5)的y方向两侧，两组磁通密度针探测传感器相互垂直并分别位于待测超微晶样片(1)的两侧，两组磁通密度针探测传感器分别组成各自的探测回路，可以测得探针间感应电压再通过计算得到磁通密度。本发明使用局部区域内磁场均值来模拟中心点处磁场的大小和方向，能够同时测量两个相互正交方向上的磁通密度B和磁场强度H。
一组x方向磁通密度针探测传感器Bx(2)和一组y方向磁通密度针探测传感器By(3)均采用探针结构，其结构完全相同，分别说明如下：
如图3a所示，一组x方向磁通密度针探测传感器Bx(2)由二个Bx传感器管套(6)、二个Bx传感器连接弹簧(7)、二个Bx传感器探针(8)及Bx传感器连接漆包铜线(9)构成。Bx传感器探针(8)采用铜材质制成，其端部为尖头为了方便容易接触待测样片，Bx传感器探针(8)套在Bx传感器管套(6)中，其上部有Bx传感器连接弹簧(7)相连接，Bx传感器管套(6)端口处通过Bx传感器连接漆包铜线(9)连接在一起，Bx传感器连接漆包铜线(9)两端采用双绞方式来绕制，通过同时采集铜线两端的电压，经过处理可以得B，可有效消除线圈中的干扰，提高传感线圈测量精度。
如图3b所示，一组y方向磁通密度针探测传感器By(3)由二个By传感器管套(10)、二个By传感器连接弹簧(11)、二个By传感器探针(12)及By传感器连接漆包铜线(13)构成。By传感器探针(12)采用铜材质制成，其端部为尖头为了方便容易接触待测样片。By传感器探针(12)套在By传感器管套(10)中，其上部有By传感器连接弹簧(11)相连接，By传感器管套(10)端口处通过By传感器连接漆包铜线(13)连接在一起，By传感器连接漆包铜线(13)两端采用双绞方式来绕制，通过同时采集铜线两端的电压，经过处理可以得B，可有效消除线圈中的干扰，提高传感线圈测量精度。
x方向磁场强度探测线圈Hx(5)和y方向磁场强度探测线圈Hy(4)均采用探测线圈结构，分别紧贴磁性样片上下表面并且垂直放置。其结构完全相同，下面对其结构分别说明如下：
如图4a所示，x方向磁场强度探测线圈Hx(5)由Hx线圈绝缘骨架(16)、Hx线圈缠绕漆包铜线(17)构成，所述Hx线圈绝缘骨架(16)为非导磁材料制成的板型绝缘骨架，所述Hx线圈缠绕漆包铜线(17)均匀单层密绕在Hx线圈绝缘骨架(16)上。线圈缠绕漆包铜线两端采用双绞方式来绕制，可有效消除线圈中的干扰，提高传感线圈测量精度。
如图4b所示，y方向磁场强度探测线圈Hy(4)由Hy线圈绝缘骨架(14)、Hy线圈缠绕漆包铜线(15)构成，所述Hy线圈绝缘骨架(14)为非导磁材料制成的板型绝缘骨架，所述Hy线圈缠绕漆包铜线(15)均匀单层密绕在Hy线圈绝缘骨架(14)上。线圈缠绕漆包铜线两端采用双绞方式来绕制，可有效消除线圈中的干扰，提高传感线圈测量精度。
本发明在测量过程中，在待测样品上分别垂直放置两组磁场强度H线圈与磁通密度B探针，从而可以用局部区域内磁场均值来模拟中心点处磁场的大小和方向。可由如下公式得到磁场矢量：
B = B x 2 + B y 2 - - - ( 1 )
式中Bx、By分别为x方向和y方向上探针测得的磁通密度大小；B为待测样片的局部磁通密度大小；为B矢量空间的角度，与x轴夹角。同理可得到磁场强度H的空间轨迹，从而可进一步得到样片在空间不同角度上的磁滞特性与旋转损耗特性，为分析样片磁化机理和损耗模型的建立提供了数据保证。
由于样片中间区域磁场均匀度高，测量值准确，因此两个磁场强度探测线圈分别紧贴样片且垂直放置在样片的中间区域；测量磁场强度是根据交界面处磁场强度的切向分量连续性的原理，所以两个H线圈要紧贴样片表面；通过采集到的两个线圈间的电压，经过处理可以得到H。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种二维高频旋转磁特性传感器件，其特征在于：包括两组磁通密度针探测传感器和两个磁场强度探测线圈，所述两个磁场强度探测线圈分别紧贴在待测样片中间区域的上下表面且相互垂直，所述两组磁通密度针探测传感器相互垂直并分别位于待测样片上表面的磁场强度探测线圈两侧，实现同时测量两个相互正交方向上的磁通密度和磁场强度的功能。
2.根据权利要求1所述的一种二维高频旋转磁特性传感器件，其特征在于：每组磁通密度针探测传感器均由二个传感器管套、二个传感器连接弹簧、二个传感器探针及传感器连接漆包铜线构成；传感器探针安装在传感器管套内，其上部与传感器连接弹簧相连接，传感器管套端口处通过传感器连接漆包铜线将两个传感器套管连接在一起。
3.根据权利要求2所述的一种二维高频旋转磁特性传感器件，其特征在于：所述传感器探针采用铜材质制成，传感器探针的端部为尖头结构。
4.根据权利要求2所述的一种二维高频旋转磁特性传感器件，其特征在于：所述传感器连接漆包铜线两端采用双绞方式绕制而成。
5.根据权利要求1所述的一种二维高频旋转磁特性传感器件，其特征在于：所述磁场强度探测线圈由线圈绝缘骨架和线圈缠绕漆包铜线构成，所述线圈缠绕漆包铜线均匀单层密绕在线圈绝缘骨架上。
6.根据权利要求5所述的一种二维高频旋转磁特性传感器件，其特征在于：所述线圈绝缘骨架为非导磁材料制成的板型绝缘骨架。
7.根据权利要求5所述的一种二维高频旋转磁特性传感器件，其特征在于：所述线圈缠绕漆包铜线两端采用双绞方式绕制而成。
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