CN102520379A - 剩磁温度系数检测设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种剩磁温度系数检测设备和方法。所述剩磁温度系数检测设备包括待测试样旋转装置、温度控制装置、磁通量检测装置和剩磁温度系数计算装置。待测试样旋转装置被构造为使待测试样旋转；温度控制装置被构造为改变并稳定地保持待测试样的温度；磁通量检测装置被构造为在待测试样旋转的同时检测因不同温度的待测试样的不同的磁场而产生的不同的磁通量；剩磁温度系数计算装置被构造为根据从磁通量检测装置检测到的与不同的温度对应的不同的磁通量来计算待测试样的剩磁温度系数。因此，可以得到高信噪比的永磁材料开路剩磁温度系数。

Description

剩磁温度系数检测设备和方法

技术领域

本发明属于永磁材料磁特性测试领域，涉及一种永磁材料开路剩磁温度系数的检测设备及方法。

背景技术

高性能永磁材料被广泛用于惯性导航系统中的陀螺仪和加速度计、电子真空器件微波管、行波管、调速管和其它高精度仪表等器件中。永磁材料的温度稳定性(体现在剩磁温度系数大小)是影响高精度仪表精确度、准确度、稳定性的重要指标之一，因此如何准确测量永磁材料的剩磁温度系数α(B_r)，为高精度仪表设计制作提供重要数据，显得尤为重要。

现有检测永磁材料剩磁温度系数的技术主要有闭合磁路和开路磁通两种检测方法。闭合磁路检测方法得到的剩磁温度系数α(B_r)可表示为

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

在式(1)中：α(B_r)为剩磁温度系数，单位为/℃；B_r(T₁)为温度T₁下的剩磁值，单位为特斯拉；B_r(T₂)为温度T₂下的剩磁值，单位为特斯拉。式(1)满足T₁＜T₂。

开路磁通检测方法得到的剩磁温度系数α(B_r)可表示为

$\mathrm{\α}\left(B_r\right)=\frac{[\mathrm{\Φ}\left(T_2\right)-\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)]}{\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)\·[T_2-T_1]}\×100\%...\left(2\right)$

式中：α(B_r)为剩磁温度系数，单位为/℃；Φ(T₁)为温度T₁下的开路磁通量值，单位为韦伯；Φ(T₂)为温度T₂下的开路磁通量值，单位为韦伯。式(2)满足T₁＜T₂。在本说明书中所提到的检测磁通(量)均是指磁通(量)极值。

对于闭合磁路检测方法，受积分器精度的制约，剩磁的测量误差在百分之一的量级，所以仅适用于剩磁温度系数较大的永磁材料的量测(参见《中华人民共和国机械行业标准》第JB/T 8986-1999号——永磁材料温度系数测量方法)。对于低温度系数永磁材料(α(B_r)优于-3×10^-4/℃)，选取一定的形状保证试样具有较小的退磁场，且在测量温度范围内(室温至100℃)磁性随温度变化不大，可近似认为在测量温度范围内试样退磁曲线的斜率恒定，因此可以通过开路测量试样的开路磁通温度系数，来表征永磁材料的剩磁温度系数。

现有技术的开路磁通检测方法中，通常采用“试样不动、线圈动”的检测模式，即试样固定，检测线圈相对于试样作切割磁力线的单向单次运动，通过前置放大器或锁相放大器放大，再由高精度低漂移积分器获得磁通，检测不同温度下的磁通，通过上述式(2)得到试样的开路剩磁温度系数。

现有技术的开路磁通检测方法存在两个主要问题：第一，检测线圈相对于试样作切割磁力线的单向单次运动，所以得到的磁通信号较小，因此需要通过放大器放大后再由积分器读取。而对于高精度的检测来说，信号经历的中间处理环节越多，引入检测误差越多；第二，没有考虑到地磁场和其它电磁干扰信号的影响，而这些对于低温度系数尤其是超低温度系数(万分之一到十万分之一的数量级)的准确检测至关重要。因此，现有技术测得的剩磁温度系数数据误差较大，精度不高，无法满足低温度系数和超低温度系数检测要求。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于克服现有技术中的上述和其他缺点。为此，本发明的示例性实施例提供一种可以得到高信噪比的永磁材料开路剩磁温度系数的剩磁温度系数检测设备和方法。

根据本发明的一个示例性实施例，一种剩磁温度系数检测设备包括待测试样旋转装置、温度控制装置、磁通量检测装置和剩磁温度系数计算装置，其中：待测试样旋转装置被构造为使待测试样旋转；温度控制装置被构造为改变并稳定地保持待测试样的温度；磁通量检测装置被构造为在待测试样旋转的同时检测因不同温度的待测试样的不同的磁场而产生的不同的磁通量；剩磁温度系数计算装置被构造为根据从磁通量检测装置检测到的与不同的温度对应的不同的磁通量来计算待测试样的剩磁温度系数。

待测试样旋转装置可以包括连接杆、步进电机和步进电机控制器，其中：连接杆被构造为将待测试样固定地设置在连接杆的端部；步进电机被构造为连接到连接杆，以旋转连接杆，从而使连接到连接杆的端部的待测试样旋转；步进电机控制器连接到步进电机，以控制步进电机的操作。

温度控制装置可以包括加热炉体、温度控制器和温度检测器，其中：加热炉体包括加热空间，加热炉体被构造为加热放置在加热空间中的待测试样，在待测试样旋转装置的驱动下，待测试样在加热空间中旋转；温度控制器连接到加热炉体，以控制加热炉体的加热操作，从而改变并稳定地保持待测试样的温度；温度检测器被构造为检测待测试样的温度，并将检测到的待测试样的温度发送到剩磁温度系数计算装置。

磁通量检测装置可以包括检测线圈和积分器，其中：检测线圈被构造为缠绕方向与待测试样的磁化方向垂直，从而在检测线圈中得到待测试样的磁场的磁通量；积分器连接到检测线圈，在待测试样绕沿与磁化方向垂直的方向的旋转轴旋转时，积分器检测在检测线圈中得到的磁通量，并将检测到的待测试样的磁通量发送到剩磁温度系数计算装置。

检测线圈可以被构造为亥姆霍兹线圈。

待测试样可以具有圆柱体的形状，待测试样的磁化方向可以与待测试样的中心轴的方向平行，积分器可以在待测试样以检测线圈的中心轴与待测试样的中心轴共面的方式从预定姿态开始旋转的过程中检测检测线圈中的磁通量，其中，所述预定姿态是待测试样的中心轴与检测线圈的中心轴同轴时待测试样所处的姿态。

剩磁温度系数计算装置可以通过下面的式子来计算待测试样的剩磁温度系数：

$\mathrm{\α}\left(B_r\right)=\frac{[\mathrm{\Φ}\left(T_2\right)-\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)]}{\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)\·[T_2-T_1]}\×100\%$

其中，α(B_r)为待测试样的剩磁温度系数，单位为/℃；T₁和T₂为待测试样的温度，单位为℃，且满足T₁＜T₂；Φ(T₁)为在待测试样的温度是T₁时测得的开路磁通值，单位为韦伯；Φ(T₂)为在待测试样的温度是T₂时测得的开路磁通值，单位为韦伯。

所述剩磁温度系数检测设备还可以包括磁屏蔽构件，其中：磁屏蔽构件形成磁屏蔽空间，在磁屏蔽空间中，磁通量检测装置对不同温度的待测试样进行磁通量的检测。

磁屏蔽构件的磁屏蔽衰减率可以不小于1×10⁴。

根据本发明的另一个示例性实施例，一种剩磁温度系数测量方法可以包括下述步骤：准备待测试样；将待测试样的温度保持在第一温度；旋转待测试样，以检测待测试样在第一温度下的第一磁通量；将待测试样的温度升高并保持在第二温度；旋转待测试样，以检测待测试样在第二温度下的第二磁通量；根据检测到的待测试样在第一温度下的第一磁通量和待测试样在第二温度下的第二磁通量来计算待测试样的剩磁温度系数。

准备待测试样的步骤可以包括：将待测试样磁化至饱和；对饱和磁化后的待测试样进行稳磁预处理。

稳磁预处理的步骤可以包括：将待测试样从室温加热到高于第二温度的第三温度，并在将待测试样保持第三温度达预定时间之后将待测试样自然冷却至室温，以消除待测试样的磁不可逆损失。

在执行检测待测试样在第一温度下的第一磁通量的步骤和检测待测试样在第二温度下的第二磁通量的步骤的过程中，可以绕沿与待测试样的磁化方向垂直的旋转轴来旋转待测试样。

待测试样可以具有圆柱体的形状，待测试样的磁化方向可以与待测试样的中心轴的方向平行，检测待测试样在第一温度下的第一磁通量的步骤和检测待测试样在第二温度下的第二磁通量的步骤均可以包括：在以用于检测磁通量的检测线圈的中心轴与待测试样的中心轴共面的方式将待测试样从预定姿态开始旋转的过程中，检测检测线圈中的磁通量，其中，所述预定姿态是待测试样的中心轴与检测线圈的中心轴同轴时待测试样所处的姿态。

计算待测试样的剩磁温度系数的步骤可以包括：通过下面的式子来计算待测试样的剩磁温度系数：

$\mathrm{\α}\left(B_r\right)=\frac{[\mathrm{\Φ}\left(T_2\right)-\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)]}{\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)\·[T_2-T_1]}\×100\%$

其中，α(B_r)为待测试样的剩磁温度系数，单位为/℃；T₁为第一温度，单位为℃；T₂为第二温度，单位为℃；Φ(T₁)为在待测试样的温度是T₁时测得的开路磁通值，单位为韦伯；Φ(T₂)为在待测试样的温度是T₂时测得的开路磁通值，单位为韦伯。

可以在由磁屏蔽构件形成的磁屏蔽空间中执行检测待测试样在第一温度下的第一磁通量的步骤和检测待测试样在第二温度下的第二磁通量的步骤。

根据本发明的示例性示例，在测量开路剩磁温度系数时，通过检测线圈和待测试样之间发生相对运动，进而引起检测线圈所围面积的磁通量发生变化，分别检测待测试样在不同温度下得到的上述磁通量的最大值，来计算材料的开路剩磁温度系数。在现有开路磁通测试技术中，采用试样不动、线圈动的方式，在一个测试周期内，即线圈来回运动一次，检测到检测线圈上的磁通量先增大再减小，且当线圈运动到最外端时，检测到检测线圈上的磁通量最大，此最大磁通量Φ近似为试样的剩磁B_d、检测线圈的匝数N和截面积S的乘积，即Φ＝B_d×N×S。然而，根据本发明的示例性实施例，采用了检测线圈不动、待测试样动的方式，即，可以通过步进电机控制圆柱体形状的待测试样在检测线圈中作旋转运动，此时一个测试周期(即待测试样旋转360度)内，检测到检测线圈上的磁通量也是先增大再减小，且当待测试样旋转180度时，检测到检测线圈上的磁通量最大，此时检测线圈上的磁通量是两次旋转90度检测线圈上的磁通量的叠加，而旋转90度时检测到检测线圈上的磁通量近似为试样的剩磁B_d、检测线圈的匝数N和有效截面积S的乘积，即Φ，因此，在180度时，检测到检测线圈上的磁通量比现有的试样不动、线圈动的方式得到的磁通量增大一倍，即，2×Φ。同时，检测线圈所引入的噪声不变，因此信噪比增大一倍。因此根据本发明的示例性实施例的剩磁温度系数检测设备和方法无需现有技术中的放大器，减少了中间环节。

此外，根据本发明的示例性实施例，将待测试样、检测线圈和加热炉体用磁屏蔽构件屏蔽，所以可以进一步减弱检测过程中的电磁噪声，从而可以进一步提高信噪比。

因此，根据本发明的示例性实施例，提供了一种具有高信噪比的永磁材料开路剩磁温度系数检测设备，其中，检测线圈内部总磁通量的变化由高精度低漂移积分器读取，试样的温度由加热炉体和精密控温仪控制，通过检测不同温度下的磁通量，得到试样在某一温度区间的开路剩磁温度系数。步进电机、高精度低漂移积分器和精密控温仪可以由计算机控制，因此整个剩磁温度系数检测过程实现了全自动化。本发明相对于现有剩磁温度系数检测方法具有高的信噪比，特别适用于(超)低温度系数永磁材料的开路平均可逆剩磁温度系数的检测。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，可以更清楚地理解本发明的上面的和其他的方面、特征和其他优点，在附图中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的剩磁温度系数检测设备的示意图。

具体实施方式

下文中，将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明的示例性实施例可以以许多不同的形式来实施，且不应该限于这里阐述的示例。相反，提供这些示例使得本公开将是彻底并完整的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。为了清楚起见，可能在附图中夸大了各个部件的尺寸和相对尺寸。在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的剩磁温度系数检测设备的示意图。

如图1中所示，根据本发明的示例性实施例的剩磁温度系数检测设备可以包括待测试样旋转装置10、温度控制装置20、磁通量检测装置30和剩磁温度系数计算装置40。

待测试样旋转装置10可以被构造为使待测试样S旋转。为此，如图1中所示，待测试样旋转装置10可以包括连接杆11、步进电机12和步进电机控制器(未示出)。

连接杆11可以被构造为能够将待测试样S固定地设置在连接杆11的端部。连接杆11可以由诸如石英的耐高温、导热率低的非磁材料制成。

步进电机12可以被构造为连接到连接杆11，以旋转连接杆11，从而使连接到连接杆11的端部的待测试样S旋转。

步进电机控制器连接到步进电机12，以控制步进电机12的操作。例如，步进电机控制器可以控制步进电机12旋转待测试样S的角度。在本发明的一个示例性实施例中，步进电机控制器可以包括在剩磁温度系数计算装置40(将在下面进行详细描述)中，然而，在本发明的其他的示例性实施例中，可以单独地设置步进电机控制器。

温度控制装置20可以被构造为能够改变并稳定地保持待测试样S的温度。为此，如图1中所示，温度控制装置20可以包括加热炉体21、温度控制器22和温度检测器(未示出)。

加热炉体21可以包括加热空间HS。加热炉体21可以被构造为加热放置在加热空间HS中的待测试样S。在待测试样旋转装置10的驱动下，待测试样S能够在加热空间HS中旋转。例如，可以将设置有待测试样S的连接杆11放置在加热炉体21的加热空间HS中，使得待测试样S处于加热炉体21的加热空间HS的中部。在本发明的一个示例性实施例中，加热炉体21可以是电阻丝加热炉，加热炉中的电阻丝可以是双向绕制，以消除电流的磁效应。

温度控制器22可以连接到加热炉体21，以控制加热炉体21操作，从而改变并稳定地保持待测试样S的温度。在本发明的一个示例性实施例中，温度控制器22可以包括在剩磁温度系数计算装置40(将在下面进行详细描述)中，然而，在本发明的其他的示例性实施例中，可以单独地设置温度控制器22。

温度检测器(未示出)可以被构造为检测待测试样S的温度，并将检测到的待测试样S的温度发送到剩磁温度系数计算装置40。另外，温度检测器也可以将检测到的待测试样S的温度发送到温度控制器22，从而温度控制器22根据检测到的待测试样S的温度来控制加热炉体21的诸如升温、保温等操作。温度检测器可以包括设置在加热炉体21中的非接触式温度传感器，如铂热电阻，加热炉体21的加热空间HS的温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的。

磁通量检测装置30可以被构造为在待测试样S旋转的同时检测因不同温度的待测试样S的不同的磁场而产生的不同的磁通量。为此，如图1中所示，磁通量检测装置30可以包括检测线圈31和积分器32。

检测线圈31可以被构造线圈的缠绕方向为与待测试样S的磁化方向垂直，如图1中所示，从而在检测线圈31中得到待测试样S的磁场的磁通量，其中，图1中的箭头指示待测试样S的磁化(充磁)方向。

积分器32可以连接到检测线圈31。在待测试样S绕沿与磁化方向垂直的方向的旋转轴旋转时，积分器32通过对检测线圈31中的感应电动势V_coil进行积分处理后，将检测线圈31中的感应电动势转化为磁通量Φ∝(1/N)∫V_coil·dt，即，检测在检测线圈31中得到的磁通量，并将检测到的待测试样S的磁通量发送到剩磁温度系数计算装置40。

如图1中所示，可以将待测试样S构造为具有圆柱体的形状。例如，圆柱体形状的待测试样S的直径和高度可以均为10毫米。在这样的情况下，可以沿待测试样S的中心轴方向磁化待测试样S，即，待测试样S的磁化方向可以与待测试样S的中心轴的方向平行。在本发明的一个优选的示例性实施例中，检测线圈31可以被构造为亥姆霍兹线圈。在这样的情况下，待测试样S可以在检测线圈31的左右线圈之间的空间的中部中旋转。因此，在待测试样旋转装置10的驱动下，待测试样S可以以检测线圈31的中心轴与待测试样S的中心轴共面的方式旋转。积分器32可以在待测试样S以上述方式从预定姿态开始旋转的过程中检测在检测线圈31中得到的磁通量。所述预定姿态可以是待测试样S的中心轴与检测线圈31的中心轴同轴(如图1中的虚线所示)时待测试样S所处的姿态。这将在下文中进行更详细地描述。

剩磁温度系数计算装置40可以被构造为根据从磁通量检测装置30检测到的与不同的温度对应的不同的磁通量来计算待测试样S的剩磁温度系数。例如，剩磁温度系数计算装置40可以通过下面的式子来计算待测试样S的剩磁温度系数：

$\mathrm{\α}\left(B_r\right)=\frac{[\mathrm{\Φ}\left(T_2\right)-\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)]}{\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)\·[T_2-T_1]}\×100\%...\left(2\right)$

其中，α(B_r)为待测试样S的剩磁温度系数，单位为/℃；T₁和T₂为待测试样S的温度，单位为℃，且满足T₁＜T₂；Φ(T₁)为在待测试样S的温度是T₁时测得的开路磁通值，单位为韦伯；Φ(T₂)为在待测试样S的温度是T₂时测得的开路磁通值，单位为韦伯。

根据本发明的示例性实施例，可以将剩磁温度系数计算装置40构造为计算机。此外，如上所述，可以将步进电机控制器和温度控制器22构造为与剩磁温度系数计算装置40集成为单个装置。例如，可以通过计算机来实现步进电机控制器、温度控制器22和剩磁温度系数计算装置40。因此，根据本发明的示例性实施例，可以通过计算机控制剩磁温度系数检测设备的各个部件，从而实现了检测过程的自动化控制，避免了手动操作中人为因素带来的检测误差，且提高了检测效率。

虽然上面描述了根据本发明的一个示例性实施例的剩磁温度系数检测设备的具体构造，然而，本发明的示例性实施例不限于此。在本发明的另一个示例性实施例中，剩磁温度系数检测设备还可以包括磁屏蔽构件50。磁屏蔽构件50可以形成磁屏蔽空间MSS。因此，磁通量检测装置30可以在磁屏蔽空间MSS中对不同温度的待测试样S进行磁通量的检测。如图1中所示，可以将加热炉体21、检测线圈31设置在磁屏蔽空间MSS中。在这样的情况下，可以在磁屏蔽构件50中形成孔51，从而可以通过孔51将设置在连接杆11的端部的待测试样S放置在磁屏蔽空间MSS中的加热炉体21的加热空间HS中。

磁屏蔽构件50的磁屏蔽空间MSS的磁场可以趋于零。磁屏蔽构件50的衰减率可以不小于1×10⁴。本发明的一个优选的示例性实施例中，磁屏蔽构件50可以具有多层屏蔽结构，其中，内层可以由低磁导率材料形成，外层可以由高磁导率材料形成，可以在内层和外层之间设置中间层。中间层可以由铜层形成。可以向中间层施加较强的交流电流，从而可对内层消磁。同时，由铜层形成的中间层还可以屏蔽静磁场的干扰。

在下文中，将详细描述根据本发明的示例性实施例的剩磁温度系数测量方法。

首先，可以准备待测试样S。例如，可以将待测试样S磁化至饱和，并对饱和磁化后的待测试样S进行稳磁预处理。

可以将待测试样S构造为具有圆柱体的形状。例如，圆柱体形状的待测试样S的直径和高度可以均为10毫米。在这样的情况下，可以沿待测试样S的中心轴方向磁化待测试样S，即，待测试样S的磁化方向可以与待测试样S的中心轴的方向平行。例如，可以采用可产生4特斯拉以上磁场的脉冲充磁机或超导螺线管沿轴向将圆柱体形状的待测试样S磁化至饱和。

在对饱和磁化后的待测试样S进行稳磁预处理时，可以将待测试样S从室温加热到高于第二温度的第三温度，并在将待测试样S保持第三温度达预定时间(例如，2小时至4小时)之后将待测试样S自然冷却至室温，以消除待测试样S的磁不可逆损失。第一温度和第二温度为检测待测试样S的磁通量时所采用的检测温度，第二温度可以高于第一温度，第三温度可以比第二温度高例如大约20℃。然而，本发明的示例性实施例不限于此，在本发明的其他的示例性实施例中，第三温度可以比检测待测试样S的磁通量时的最大检测温度高例如大约20℃。通过这样的稳磁预处理，可以消除磁不可逆损失。

接下来，将待测试样S的温度保持在第一温度。然后，可以旋转待测试样S，以检测待测试样S在第一温度下的第一磁通量。例如，通过调节温度控制器22来控制加热炉体21的操作，以使待测试样S的温度达到第一温度T₁。可以将待测试样S保持第一温度T₁长达10分钟至15分钟。在保持第一温度期间，可以通过积分器32中的零点漂移调节旋钮调节积分器32的零点漂移至最小，近似稳定。在积分器稳定后，可以通过步进电机控制器来启动步进电机12，以实现待测试样S的旋转。在待测试样S的旋转过程中，可以通过剩磁温度系数计算装置40记录磁通量。上述过程可以重复多次，例如，可以重复5次以上，得到温度T₁下试样1的磁通Φ₁。例如，可以绕沿与待测试样S的磁化方向垂直的旋转轴来旋转待测试样S。在本发明的一个优选的示例性实施例中，在以用于检测磁通量的检测线圈31的中心轴与待测试样S的中心轴共面的方式将待测试样S从预定姿态开始旋转的过程中，检测检测线圈31中的磁通量，其中，预定姿态是待测试样S的中心轴与检测线圈31的中心轴同轴时待测试样S所处的姿态。可以将检测线圈31构造为亥姆霍兹线圈。在这样的情况下，待测试样S可以在检测线圈31的左右线圈之间的空间的中部中旋转。

此后，可以将待测试样S的温度升高并保持在第二温度T₂。然后，将待测试样S先复原至所述预定姿态再旋转待测试样S，以检测待测试样S在第二温度T₂下的第二磁通量Φ₂。将待测试样S的温度升高并保持在第二温度T₂的步骤和检测待测试样S在第二温度T₂下的第二磁通量Φ₂的步骤可以与上面描述的将待测试样S的温度保持在第一温度T₁的步骤和检测待测试样S在第一温度T₁下的第一磁通量Φ₁的步骤相似，因此这里将不再对它们进行重复性地描述。

最后，可以根据检测到的待测试样S在第一温度T₁下的第一磁通量Φ₁和待测试样S在第二温度T₂下的第二磁通量Φ₂来计算待测试样S的剩磁温度系数。例如，可以通过下面的式子来计算待测试样S的剩磁温度系数：

$\mathrm{\α}\left(B_r\right)=\frac{[\mathrm{\Φ}\left(T_2\right)-\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)]}{\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)\·[T_2-T_1]}\×100\%...\left(2\right)$

其中，α(B_r)为待测试样S的剩磁温度系数，单位为/℃；T₁为第一温度，单位为℃；T₂为第二温度，单位为℃；Φ(T₁)为在待测试样S的温度是T₁时测得的开路磁通值，单位为韦伯；Φ(T₂)为在待测试样S的温度是T₂时测得的开路磁通值，单位为韦伯。

虽然上面描述了根据本发明的一个示例性实施例的剩磁温度系数检测方法，然而，本发明的示例性实施例不限于此。在本发明的另一个示例性实施例中，可以在由磁屏蔽构件50形成的磁屏蔽空间MSS中执行检测待测试样S在第一温度下的第一磁通量的步骤和检测待测试样S在第二温度下的第二磁通量的步骤。因此，可以减弱检测过程中的电磁噪声。

下面将详细描述根据本发明的示例性实施例的实验性示例。

示例1

待测试样S可以为低温度系数2:17型钐钴永磁材料，对每个温度点，如20℃和100℃，分别进行6次的磁通量检测，每次的检测结果列于表1。可见，每次的检测结果非常接近，即，根据本发明的示例性实施例的剩磁温度系数检测设备的漂移很小，信噪比很高。通过上述式(2)计算得到20℃至100℃区间内低温度系数钐钴永磁材料的开路可逆剩磁温度系数α(B_r)为-2.2×10^-5/℃。

对比示例1

采用的传统方法来检测与示例1中使用的待测试样S相同的试样，检测得到的100℃下材料磁通量列于表1中。可见，测得的磁通量几乎是采用示例1中测得的磁通量的一半，而且6次测试数值波动较大，达到1‰。因此，传统方法无法进行具有万分之几、十万分之几甚至百万分之几量级的(超)低温度系数材料的剩磁温度系数的准确检测。

根据本发明的示例性示例，在测量开路剩磁温度系数时，通过检测线圈和待测试样之间发生相对运动，进而引起检测线圈所围面积的磁通量发生变化，分别检测待测试样在不同温度下得到的上述磁通量的最大值，来计算材料的开路剩磁温度系数。在现有开路磁通测试技术中，采用试样不动、线圈动的方式，在一个测试周期内，即线圈来回运动一次，检测到检测线圈上的磁通量先增大再减小，且当线圈运动到最外端时，检测到检测线圈上的磁通量最大，此最大磁通量Φ近似为试样的剩磁B_d、检测线圈的匝数N和截面积S的乘积，即Φ＝B_d×N×S。然而，根据本发明的示例性实施例，采用了检测线圈不动、待测试样动的方式，即，可以通过步进电机控制圆柱体形状的待测试样在检测线圈中作旋转运动，此时一个测试周期(即待测试样旋转360度)内，检测到检测线圈上的磁通量也是先增大再减小，且当待测试样旋转180度时，检测到检测线圈上的磁通量最大，此时检测线圈上的磁通量是两次旋转90度检测线圈上的磁通量的叠加，而旋转90度时检测到检测线圈上的磁通量近似为试样的剩磁B_d、检测线圈的匝数N和有效截面积S的乘积，即Φ，因此，在180度时，检测到检测线圈上的磁通量比现有的试样不动、线圈动的方式得到的磁通量增大一倍，即，2×Φ。同时，检测线圈所引入的噪声不变，因此信噪比增大一倍。因此根据本发明的示例性实施例的剩磁温度系数检测设备和方法无需现有技术中的放大器，减少了中间环节。

此外，根据本发明的示例性实施例，可以将待测试样、检测线圈和加热炉体用磁屏蔽构件屏蔽，所以可以进一步减弱检测过程中的电磁噪声，从而可以进一步提高信噪比。

因此，根据本发明的示例性实施例，提供了一种具有高信噪比的永磁材料开路剩磁温度系数检测设备，其中，检测线圈内部总磁通量的变化由高精度低漂移积分器读取，试样的温度由加热炉体和精密控温仪控制，通过检测不同温度下的磁通量，得到试样在某一温度区间的开路剩磁温度系数。步进电机、高精度低漂移积分器和精密控温仪可以由计算机控制，因此整个剩磁温度系数检测过程实现了全自动化。本发明相对于现有剩磁温度系数检测方法具有高的信噪比，特别适用于(超)低温度系数永磁材料的开路平均可逆剩磁温度系数的检测。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种永磁材料开路剩磁温度系数的一种高信噪比检测设备及方法，其适合于(超)低温度系数永磁材料(低温度系数稀土永磁、铝镍钴、铂钴等)剩磁温度系数的检测，其优点在于：(1)通过采用旋转待测试样，大大提高了检测到磁通量，从而提高了信噪比；(2)将检测线圈放置于磁屏蔽构件中，从而消除了地磁场和外界电磁信号的干扰；(3)待测试样旋转装置、温度控制装置、磁通量检测装置和剩磁温度系数计算装置均可以采用计算机进行控制，从而实现了测试过程的自动化控制，避免了手动操作中人为因素带来的检测误差，且提高了检测效率。

虽然已经示出并描述了本发明的示例性实施例的示例，但是本领域技术人员应该理解的是，本发明的示例性实施例不限于此，在不脱离根据权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些示例性实施例进行各种修改。

Claims (16)

1.一种剩磁温度系数检测设备，其特征在于，所述剩磁温度系数检测设备包括待测试样旋转装置、温度控制装置、磁通量检测装置和剩磁温度系数计算装置，其中：

待测试样旋转装置被构造为使待测试样旋转；

温度控制装置被构造为改变并稳定地保持待测试样的温度；

磁通量检测装置被构造为在待测试样旋转的同时检测因不同温度的待测试样的不同的磁场而产生的不同的磁通量；

剩磁温度系数计算装置被构造为根据从磁通量检测装置检测到的与不同的温度对应的不同的磁通量来计算待测试样的剩磁温度系数。

2.根据权利要求1所述的剩磁温度系数检测设备，其特征在于，待测试样旋转装置包括连接杆、步进电机和步进电机控制器，其中：

连接杆被构造为将待测试样固定地设置在连接杆的端部；

步进电机被构造为连接到连接杆，以旋转连接杆，从而使连接到连接杆的端部的待测试样旋转；

步进电机控制器连接到步进电机，以控制步进电机的操作。

3.根据权利要求1所述的剩磁温度系数检测设备，其特征在于，温度控制装置包括加热炉体、温度控制器和温度检测器，其中：

加热炉体包括加热空间，加热炉体被构造为加热放置在加热空间中的待测试样，在待测试样旋转装置的驱动下，待测试样在加热空间中旋转；

温度控制器连接到加热炉体，以控制加热炉体的加热操作，从而改变并稳定地保持待测试样的温度；

温度检测器被构造为检测待测试样的温度，并将检测到的待测试样的温度发送到剩磁温度系数计算装置。

4.根据权利要求1所述的剩磁温度系数检测设备，其特征在于，磁通量检测装置包括检测线圈和积分器，其中：

检测线圈被构造为缠绕方向与待测试样的磁化方向垂直，从而在检测线圈中得到待测试样的磁场的磁通量；

积分器连接到检测线圈，在待测试样绕沿与磁化方向垂直的方向的旋转轴旋转时，积分器检测在检测线圈中得到的磁通量，并将检测到的待测试样的磁通量发送到剩磁温度系数计算装置。

5.根据权利要求4所述的剩磁温度系数检测设备，其特征在于，检测线圈被构造为亥姆霍兹线圈。

6.根据权利要求5所述的剩磁温度系数检测设备，其特征在于，待测试样具有圆柱体的形状，待测试样的磁化方向与待测试样的中心轴的方向平行，积分器在待测试样以检测线圈的中心轴与待测试样的中心轴共面的方式从预定姿态开始旋转的过程中检测检测线圈中的磁通量，其中，所述预定姿态是待测试样的中心轴与检测线圈的中心轴同轴时待测试样所处的姿态。

7.根据权利要求1所述的剩磁温度系数检测设备，其特征在于，剩磁温度系数计算装置通过下面的式子来计算待测试样的剩磁温度系数：

$\mathrm{\α}\left(B_r\right)=\frac{[\mathrm{\Φ}\left(T_2\right)-\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)]}{\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)\·[T_2-T_1]}\×100\%$

其中，α(B_r)为待测试样的剩磁温度系数，单位为/℃；T₁和T₂为待测试样的温度，单位为℃，且满足T₁＜T₂；Φ(T₁)为在待测试样的温度是T₁时测得的开路磁通值，单位为韦伯；Φ(T₂)为在待测试样的温度是T₂时测得的开路磁通值，单位为韦伯。

8.根据权利要求1至权利要求7中的任意一项权利要求所述的剩磁温度系数检测设备，其特征在于，所述剩磁温度系数检测设备还包括磁屏蔽构件，其中：

磁屏蔽构件形成磁屏蔽空间，在磁屏蔽空间中，磁通量检测装置对不同温度的待测试样进行磁通量的检测。

9.根据权利要求8所述的剩磁温度系数检测设备，其特征在于，磁屏蔽构件的磁屏蔽衰减率不小于1×10⁴。

10.一种剩磁温度系数测量方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

准备待测试样；

将待测试样的温度保持在第一温度；

旋转待测试样，以检测待测试样在第一温度下的第一磁通量；

将待测试样的温度升高并保持在第二温度；

旋转待测试样，以检测待测试样在第二温度下的第二磁通量；

根据检测到的待测试样在第一温度下的第一磁通量和待测试样在第二温度下的第二磁通量来计算待测试样的剩磁温度系数。

11.根据权利要求10所述的剩磁温度系数测量方法，其特征在于，准备待测试样的步骤包括：

将待测试样磁化至饱和；

对饱和磁化后的待测试样进行稳磁预处理。

12.根据权利要求11所述的剩磁温度系数测量方法，其特征在于，稳磁预处理的步骤包括：

将待测试样从室温加热到高于第二温度的第三温度，并在将待测试样保持第三温度达预定时间之后将待测试样自然冷却至室温，以消除待测试样的磁不可逆损失。

13.根据权利要求10所述的剩磁温度系数测量方法，其特征在于，在执行检测待测试样在第一温度下的第一磁通量的步骤和检测待测试样在第二温度下的第二磁通量的步骤的过程中，绕沿与待测试样的磁化方向垂直的旋转轴来旋转待测试样。

14.根据权利要求13所述的剩磁温度系数测量方法，其特征在于，待测试样具有圆柱体的形状，待测试样的磁化方向与待测试样的中心轴的方向平行，检测待测试样在第一温度下的第一磁通量的步骤和检测待测试样在第二温度下的第二磁通量的步骤均包括：

在以用于检测磁通量的检测线圈的中心轴与待测试样的中心轴共面的方式将待测试样从预定姿态开始旋转的过程中，检测检测线圈中的磁通量，其中，所述预定姿态是待测试样的中心轴与检测线圈的中心轴同轴时待测试样所处的姿态。

15.根据权利要求10所述的剩磁温度系数测量方法，其特征在于，计算待测试样的剩磁温度系数的步骤包括：

通过下面的式子来计算待测试样的剩磁温度系数：

$\mathrm{\α}\left(B_r\right)=\frac{[\mathrm{\Φ}\left(T_2\right)-\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)]}{\mathrm{\Φ}\left(T_1\right)\·[T_2-T_1]}\×100\%$

其中，α(B_r)为待测试样的剩磁温度系数，单位为/℃；T₁为第一温度，单位为℃；T₂为第二温度，单位为℃；Φ(T₁)为在待测试样的温度是T₁时测得的开路磁通值，单位为韦伯；Φ(T₂)为在待测试样的温度是T₂时测得的开路磁通值，单位为韦伯。

16.根据权利要求10所述的剩磁温度系数测量方法，其特征在于，在由磁屏蔽构件形成的磁屏蔽空间中执行检测待测试样在第一温度下的第一磁通量的步骤和检测待测试样在第二温度下的第二磁通量的步骤。

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