CN106125021A - 一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种正交偏置磁场下导磁材料的特性测量方法，由正交偏置磁场下导磁材料特性的测量***实施；该测量***包括数字供电电源、正交磁场偏置产生装置、信号采集器和计算机处理单元，正交偏置磁场产生装置包括两个U型单元和被测十字形样片，U型单元包括底部铁芯、两个侧边铁芯、励磁绕组、感应绕组和两个永磁体，励磁绕组和感应绕组分别设置在两个侧边铁芯上。通过分别给上层励磁绕组和下层励磁绕组通入交流电流，并通过数据采集器采集励磁绕组的电流和感应绕组的感应电势，经过数据处理送入计算处理单元，进而得到被测导磁材料的磁化特性；本发明的正交偏置磁场下导磁材料的特性测量方法，结构简单，操作方便，测量精度可调。

Description

一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法
技术领域
本发明涉及一种导磁材料磁特性的测量方法，尤其涉及一种在正交偏置磁场下测量导磁材料特性的方法。
背景技术
随着科学技术的发展，永磁材料在工业生产和社会生活中得到了广泛的应用。磁特性测量一般采用间接测量法。例如电流、电压、作用力等可以直接通过相应仪器测出，而磁通，磁导率等磁学量必须借助热学、电学、光学等物理量测量结果推算出来。比较常用的方法是利用电磁感应定律，从测量的电学量推算出磁学量。但是，在存在外界磁场的情况下，导磁材料的磁化特性会发生变化，使得磁化特性的测量变得更加困难。其中，带偏置的正交磁场，被越来越多的应用于各种场合。目前导磁材料的特性都是在正弦交变磁场下测试的，没有在正交磁场下测试磁化特性的装置。因此，测量在偏置正交磁场下导磁材料的磁化特性，成为一种需要。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，能够测量在正交偏置磁场下不同导磁材料的特性。
技术方案：一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，由正交偏置磁场下导磁材料特性的测量***实施；该测量***包括正交磁场偏置产生装置；正交偏置磁场产生装置包括两个U型单元和被测十字形样片，U型单元包括底部铁芯、两个侧边铁芯、励磁绕组、感应绕组，两个永磁体；励磁绕组和感应绕组分别设置在两个侧边铁芯上，其绕组匝数均为N；两个永磁体分别设置在U型单元的底部铁芯和两个侧边铁芯的连接处，且两个永磁体与两个侧边铁芯的接触面极性相反，接触面积为SP；永磁体的磁化方向长度为lP；两个U型单元开口处相对，分别安装在十字形测试样片的上层和下层；U型铁芯的磁路平均长度为l；十字测试样片磁场正交部分的截面积St；十字测试样片平均磁路长度为lt；
具体包括以下步骤：
1)，通过所述的数字供电电源分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H1，其磁感应强度为B1；下层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H2，其磁感应强度为B2；此时，上层和下层感应线圈中将产生反电动势；通过数据信号采集单元采集上层励磁绕组和下层励磁绕组的电流值(iup和idown)，以及上层感应绕组的反电动势E1和下层感应绕组的反电动势E2；
2)，根据安培环路定律：和采集的电流值，可以计算出电励磁磁场强度H1和H2；经过矢量合成得到测试样片中的磁场强度Hi以及H1和Hi的夹角α1；同时，根据和Φ＝B×St，得到的磁感应强度B1和B2，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bi和角度α2；
3)，改变上层和下层励磁绕组电流的幅值相位频率，得到一系列(Hi，α1)和(Bi，α2)值，根据这一系列的值可以得到正交偏置磁场下的磁化特性曲线。
进一步的，保持上层和下层励磁绕组电流的幅值相位、频率相同，使幅值变化。
进一步的，保持上层和下层励磁绕组电流的幅值、相位相同，使频率变化。
进一步的，保持上层和下层励磁绕组电流的幅值、频率相同，使相位变化。
进一步的，保持上层和下层励磁绕组电流的幅值相同，使相位和频率变化。
进一步的，保持上层和下层励磁绕组电流的相位相同，使幅值和频率变化。
进一步的，保持上层和下层励磁绕组电流的频率相同，使相位和幅值变化。
所述励磁电流幅值范围为10V～280V，频率范围为20Hz～1000Hz，相位角范围0°～180°，并绘制正交磁场偏置条件下的导磁材料磁化特性曲线。
有益效果：发明提出了一种测试正交永磁磁场下导磁材料特性的方法，该方法基于一个新型装置，该装置采用了牌号为N35H的高性能钕铁硼永磁体内嵌在U型铁芯单元中，来产生正交偏置磁场，具有结构简单，且产生的正交磁场性能稳定可靠。
使用本发明提供的测试方法时，只要向上层励磁绕组与下层励磁绕组通入不同类型，不同相位，不同幅值，不同频率的电流，即可以得到电流类型、相位、幅值和频率对在正交磁场和电流磁场共同作用下的导磁材料的磁化特性，操作简单，结果可靠。
使用本发明还可以通过更换永磁体来测试不同永磁体的磁化特性。
随着正交磁场的应用越来越广泛，为本发明的具体应用提供了广阔的空间。另外，本发明不需要借助于外界工具产生正交永磁磁场，依靠安装在装置上的永磁体即可产生正交永磁磁场，实施起来非常简单。
附图说明
图1为测量***框图
图2为测量正交磁场下导磁材料特性测量装置的结构示意图；
图3为磁场强度H矢量和磁感应强度B合成示意图。
图中，1-1为上层励磁绕组，1-2为上层感应绕组，3为测试样片，2-1为第一永磁体，2-2为第二永磁体，4-1为上层第一侧边铁芯，4-2为上层第二侧边铁芯，5为第一底部铁芯，6-1为下层励磁绕组，6-2为下层感应绕组，7-1为第三永磁体，7-2为第四永磁体，8-1为下层第一侧边铁芯，8-2为下层第二侧边铁芯，9为第二底部铁芯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于，由正交偏置磁场下导磁材料特性的测量***实施；该测量***包括数字供电电源、正交磁场偏置产生装置、励磁绕组、感应绕组、信号采集器和计算机处理单元；所述正交偏置磁场产生装置包括两个嵌有永磁体的U型铁芯和测试样片
所述U型铁芯包括底部铁芯、两个侧边铁芯、励磁绕组和两个永磁体，所述两个永磁体分别设置在所述U型单元的底部铁芯和两个侧边铁芯的连接处，且两个永磁体与两个侧边铁芯的接触面极性相反，两个侧边铁芯上分别绕制励磁绕组和感应绕组，其绕制方向一致；所述测试样片为十字形结构，且所述两个U型单元开口处相对且相互垂直的安装在所述的十字形测试样片的上层和下层。
具体的，上层U型单元包括第一底部铁芯5，上层第一侧边铁芯4-1和第二侧边铁芯4-2；所述第一底部铁芯5的一端与第一永磁体2-1的S极粘接，上层第一侧边铁芯4-1与第一永磁体2-1的N极粘接，并与第一底部铁芯5垂直；所述第一底部铁芯5的另一端与第二永磁体2-2的N极粘接，上层第二侧边铁芯4-2与第二永磁体2-2的S极粘，接并与第一底部铁芯5垂直。下层U型单元包括第二底部铁芯9，下层第一侧边铁芯8-1和下层第二侧边铁芯8-2；第二底部铁芯9的一端与第三永磁体7-1的S极粘接，下层第一侧边铁芯8-1与第三永磁体7-1的N极粘接，并与第二底部铁芯9垂直；所述第二底部铁芯9的另一端与第四永磁体7-2的N极粘接，下层第二侧边铁芯8-2与第四永磁体7-2的S极粘接，并与第二底部铁芯9垂直。在所述上层第一侧边铁芯单元4-1上绕制有上层励磁绕组1-1，所述上层第二侧边铁芯4-2上绕制有上层感应绕组1-2；所述下层第一侧边铁芯8-1上绕制有下层励磁绕组6-1，所述下层第二侧边铁芯8-2上绕制有下层感应绕组6-2。所述的上层和下层励磁绕组以及上层和下层感应绕组均采用多股漆包线并绕绕制。
一种测试正交永磁偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其测量***框图如图1所示，包括以下步骤：
1)上、下层励磁绕组和上、下层感应绕组匝数均为N，永磁体与底部铁芯和侧铁芯的接触面积为SP，其磁化方向长度为lP，U型铁芯磁路平均长度为l，测试样片磁场正交部分截面积为St，测试样片平均磁路长度为lt；将这些参数值测量并写入所述的计算机处理单元；同时，将提前测得的永磁体磁化特性曲线写入所述的计算机处理单元；准备测量的交流电幅值范围为10V～280V，频率范围为20Hz～1000Hz，相位角范围0°～180°。
2)通过所述的数字供电电源分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入相同频率、相位，但不同幅值的交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H1，其磁感应强度为B1；下层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H2，其磁感应强度为B2；此时，上层和下层感应线圈中将产生反电动势，分别为E1和E2；通过所述数据信号采集器采集所述数字供电电源的上层励磁绕组电流和下层励磁绕组电流的数据，以及上层感应绕组的反电动势和下层感应绕组的反电动势，并将信号处理后送入计算机处理单元。
3)所述计算机处理单元根据安培环路定律：计算出电励磁磁场强度H1和H2；若忽略漏磁，由于已知永磁体的剩磁M，所述计算机处理单元经过矢量合成得到测试样片中的磁场强度Hai和角度αa1；同时，根据和Φ＝B×St，得到的磁感应强度B1和B2，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bai和角度αa2。
按照上述方法，通过所述的数字供电电源分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入相同幅值，相同相位，但不同的频率交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H1，其磁感应强度为B1；下层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H2，其磁感应强度为B2；此时，上层和下层感应线圈中将产生反电动势，分别为E1和E2；通过所述数据信号采集器采集所述数字供电电源的上层励磁绕组电流和下层励磁绕组电流的数据，以及上层感应绕组的反电动势和下层感应绕组的反电动势，并将信号处理后送入计算机处理单元。
所述计算机处理单元根据安培环路定律：计算出电励磁磁场强度H1和H2；若忽略漏磁，由于已知永磁体的剩磁M，所述计算机处理单元经过矢量合成得到测试样片中的磁场强度Hfi和角度αf1；同时，根据和Φ＝B×St，得到的磁感应强度B1和B2，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bfi和角度αf2。
通过所述的数字供电电源分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入相同幅值、频率，但不同相位的交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H1，其磁感应强度为B1；下层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H2，其磁感应强度为B2；此时，上层和下层感应线圈中将产生反电动势，分别为E1和E2；通过所述数据信号采集器采集所述数字供电电源的上层励磁绕组电流和下层励磁绕组电流的数据，以及上层感应绕组的反电动势和下层感应绕组的反电动势，并将信号处理后送入计算机处理单元。
所述计算机处理单元根据安培环路定律：计算出电励磁磁场强度H1和H2；若忽略漏磁，由于已知永磁体的剩磁M，所述计算机处理单元经过矢量合成得到测试样片中的磁场强度Hpi和角度αp1；同时，根据和Φ＝B×St，得到的磁感应强度B1和B2，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bpi和角度αp2。
通过所述的数字供电电源分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入相同幅值，但不相同相位和频率的交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H1，其磁感应强度为B1；下层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H2，其磁感应强度为B2；此时，上层和下层感应线圈中将产生反电动势，分别为E1和E2；通过所述数据信号采集器采集所述数字供电电源的上层励磁绕组电流和下层励磁绕组电流的数据，以及上层感应绕组的反电动势和下层感应绕组的反电动势，并将信号处理后送入计算机处理单元。
所述计算机处理单元根据安培环路定律：计算出电励磁磁场强度H1和H2；若忽略漏磁，由于已知永磁体的剩磁M，所述计算机处理单元经过矢量合成得到测试样片中的磁场强度Hpfi和角度αpf1；同时，根据和Φ＝B×St，得到的磁感应强度B1和B2，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bpfi和角度αpf2。
通过所述的数字供电电源分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入相同相位，但不相同幅值和频率的交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H1，其磁感应强度为B1；下层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H2，其磁感应强度为B2；此时，上层和下层感应线圈中将产生反电动势，分别为E1和E2；通过所述数据信号采集器采集所述数字供电电源的上层励磁绕组电流和下层励磁绕组电流的数据，以及上层感应绕组的反电动势和下层感应绕组的反电动势，并将信号处理后送入计算机处理单元。
所述计算机处理单元根据安培环路定律：计算出电励磁磁场强度H1和H2；若忽略漏磁，由于已知永磁体的剩磁M，所述计算机处理单元经过矢量合成得到测试样片中的磁场强度Hafi和角度αaf1；同时，根据和Φ＝B×St，得到的磁感应强度B1和B2，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bafi和角度αaf2。
通过所述的数字供电电源分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入相同频率，但不相同相位和幅值的交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H1，其磁感应强度为B1；下层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H2，其磁感应强度为B2；此时，上层和下层感应线圈中将产生反电动势，分别为E1和E2；通过所述数据信号采集器采集所述数字供电电源的上层励磁绕组电流和下层励磁绕组电流的数据，以及上层感应绕组的反电动势和下层感应绕组的反电动势，并将信号处理后送入计算机处理单元。
所述计算机处理单元根据安培环路定律：计算出电励磁磁场强度H1和H2；若忽略漏磁，由于已知永磁体的剩磁M，所述计算机处理单元经过矢量合成得到测试样片中的磁场强度Hpai和角度αpa1；同时，根据和Φ＝B×St，得到的磁感应强度B1和B2，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bpai和角度αpa2。
整理并输出交流电幅值范围为10V～280V，频率范围为20Hz～1000Hz，相位角范围0～180°的测量值，并绘制上述范围内正交磁场偏置条件下的导磁材料磁化特性曲线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于，由正交偏置磁场下导磁材料特性的测量***实施；该测量***包括正交磁场偏置产生装置；所述正交偏置磁场产生装置包括两个U型单元和被测十字形样片，U型单元包括底部铁芯、两个侧边铁芯、励磁绕组、感应绕组，两个永磁体；所述励磁绕组和感应绕组分别设置在两个侧边铁芯上，其绕组匝数均为N；所述两个永磁体分别设置在U型单元的底部铁芯和两个侧边铁芯的连接处，且两个永磁体与两个侧边铁芯的接触面极性相反，接触面积为SP；所述永磁体的磁化方向长度为lP；所述两个U型单元开口处相对，分别安装在十字形测试样片的上层和下层；所述U型铁芯的磁路平均长度为l；所述十字测试样片磁场正交部分的截面积St；所述十字测试样片平均磁路长度为lt；
具体包括以下步骤：
1)，通过所述的数字供电电源分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H1，其磁感应强度为B1；下层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为H2，其磁感应强度为B2；此时，上层和下层感应线圈中将产生反电动势；通过数据信号采集单元采集上层励磁绕组和下层励磁绕组的电流值(iup和idown)，以及上层感应绕组的反电动势E1和下层感应绕组的反电动势E2；
2)，根据安培环路定律：和采集的电流值，可以计算出电励磁磁场强度H1和H2；经过矢量合成得到测试样片中的磁场强度Hi以及H1和Hi的夹角α1；同时，根据和Φ＝B×St，得到的磁感应强度B1和B2，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bi和角度α2；
3)，改变上层和下层励磁绕组电流的幅值相位频率，得到一系列(Hi，α1)和(Bi，α2)值，根据这一系列的值可以得到正交偏置磁场下的磁化特性曲线。
2.如权利要求1所述的一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于：保持上层和下层励磁绕组电流的幅值相位、频率相同，使幅值变化。
3.如权利要求1所述的一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于：保持上层和下层励磁绕组电流的幅值、相位相同，使频率变化。
4.如权利要求1所述的一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于：保持上层和下层励磁绕组电流的幅值、频率相同，使相位变化。
5.如权利要求1所述的一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于：保持上层和下层励磁绕组电流的幅值相同，使相位和频率变化。
6.如权利要求1所述的一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于：保持上层和下层励磁绕组电流的相位相同，使幅值和频率变化。
7.如权利要求1所述的一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于：保持上层和下层励磁绕组电流的频率相同，使相位和幅值变化。
8.如权利要求1～8所述的一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法，其特征在于：交流电幅值范围为10V～280V，频率范围为20Hz～1000Hz，相位角范围0°～180°，并绘制正交磁场偏置条件下的导磁材料磁化特性曲线。
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