CN105891747B - 利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测量方法。所述测量装置包括微机、D/A变换器、励磁电流发生器、积分器及A/D变换器，所述微机分别与所述D/A变换器及所述A/D变换器连接，所述D/A变换器与所述励磁电流发生器连接，所述A/D变换器与所述积分器连接，所述励磁电流发生器包括检测接口，所述积分器包括检测结果接收口，所述检测接口及所述检测结果接收口均可与被测样品连接。本发明的所述测量装置，通过发生测量电流进行磁滞回线检测，并通过所述微机获得软磁材料基本磁滞回线基本磁滞回线及其对应的各种磁性参数，包括Br、Bs、Hc和回线面积对应的磁化能Eh。

Description

利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法

技术领域

本发明涉及磁性材料测量装置领域，特别涉及一种软磁材料基本磁滞回线、基本磁化曲线及其交流磁性关键参数的测量方法。

背景技术

磁性材料是二战后对科技进步和经济社会发展仅次于半导体的，最具贡献的功能材料。软磁材料是磁性材料工业的重要组成部分。软磁材料磁性参数及其测量是保证其制成的产品(主要是电子产品)质量、指导研究与发展新型材料的关键。

磁性参数最基本的参数都是定义在磁滞回线上。所以通常的磁性测量就是磁滞回线的测绘。目前，这种测绘通常采用磁场扫描法，被测样品(通常是一个环形样品)上绕制两个线圈，其中一个通入励磁电流产生扫描磁场H(t)，称为励磁线圈，另一个收集样品磁通变化引起的感应电压，称为测量线圈，其感应电压通过积分运算获得相应的磁感应强度相应函数B(t)，B(t)与H(t)的关系函数即为磁滞回线，样品的磁性参数都定义在磁滞回线上。由于样品在磁化过程中涡流对磁化的作用，测量到的磁滞回线受到磁化频率和磁场波形(谐波)的影响，而产生畸变。从而使测量结果失去唯一性，唯一性是磁性材料测量结果可比性和准确度的基础。所以，尽管这种方法很普遍、很简单，但实际上是不可取的。

发明内容

为了解决现有软磁材料基本磁滞回线检测方法检测易产生畸变、检测结果不准确的技术问题，本发明提供一种不易产生畸变、检测结果准确，采用经典的冲击测量方法，通过微机自学习获得自适应控制程序，产生励磁函数ΔH(t)满足磁性材料冲击法测量及测量结果最优化条件的软磁材料基本磁滞回线测量装置。

本发明提供的一种利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，所述测量装置包括微机、D/A变换器、励磁电流发生器、积分器及A/D变换器，所述微机分别与所述D/A变换器及所述A/D变换器连接，所述D/A变换器与所述励磁电流发生器连接，所述A/D变换器与所述积分器连接，所述励磁电流发生器包括检测接口，所述积分器包括检测结果接收口，所述检测接口及所述检测结果接收口均可与被测样品连接，所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线包括如下步骤：

步骤一、读取测量条件自适应处理：针对特定控制软件对输入了几何尺寸的被测试样品进行测试，根据测试结果通过微机自学习获得自适应测试程序；

步骤二、电流系数修正，样品退磁处理：确定励磁电流的相应函数；

步骤三、产生首个波形D/A转换：所述励磁电流发生器根据一典型励磁函数发生具有一定幅值ΔI和一定形状的电流对材料进行励磁，并通过微机进行自学习，产生自适应的励磁函数ΔH(t)，满足磁性材料冲击法测量及测量结果最优化条件；

步骤四、信号功率放大I、B信号取样：所述放大器放大电流励磁信号和磁通感应信号，即放大励磁回路中标准取样电阻的电压与次级感应回路中磁感对时间的积分值；

步骤五、A/D转换：通过所述A/D变换器将励磁电流及磁感测量线圈的感应电压实施同步A/D变换，并将获得的实时数据传入所述微机；

步骤六、数据计算处理：所述微机的软件功能处理获得的数据得到一组测量结果。

在本发明提供的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法的一种较佳实施例中，所述积分器为比例积分放大器或模拟积分器，所述励磁电流发生器为可自学习、自适应材料可发生一定幅值及一定形状的电流发生器。

在本发明提供的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法的一种较佳实施例中，所述微机包括键盘、显示器、打印机、操作系统及测控软件。

在本发明提供的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法的一种较佳实施例中，还包括如下步骤：所述步骤六后还包括步骤七、测试完成判断：如果测试未完成，则根据测量结果确定下个波形D/A转换：根据测量结果通过所述D/A变换器发出下一个励磁电流函数，进入步骤四继续检测，经过N次循环，如果检测完成则进入步骤八中，进行数据结果处理，以最终获得该软磁材料对应的一条具有唯一性的磁滞回线，即基本磁滞回线及其定义在该回线上的磁性参数。

在本发明提供的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法的一种较佳实施例中，所述步骤八具体为：数据结果处理：数据处理得到基本磁滞回线。

在本发明提供的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法的一种较佳实施例中，所述步骤七后还包括：步骤九、数据存储及结果显示：计算磁性参数，数据存储处理及结果显示处理。

在本发明提供的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法的一种较佳实施例中，还包括如下步骤：

步骤二一、读取测量条件自适应处理；

步骤二二、确定首个基本磁滞回线：根据所述步骤六中所获得的数据，确定首个基本磁滞回线；

步骤二三、测量基本磁滞回线；

步骤二四、计算磁性参数，数据存储处理；

步骤二五、多点测量完成判断：如果测试未完成，则确定下个基本磁滞回线后，进入所述步骤二三继续检测，按照相应的测试规程，从材料退磁状态出发，逐步增大测试点设定的励磁电流峰值，获得一个系列的基本磁滞回线族；

步骤二六、组合回线得到基本磁滞回线簇：组合经过N次循环后，如果测试完成，则最终获得设定点的基本磁滞回线簇；

步骤二七、连接各回线顶点得基本磁化曲线，计算曲线上参数：将一系列的基本磁滞回线族的回线顶点连接起来，从定义出发获得一条样品的基本磁化曲线，及定义在该曲线上的磁性参数。

在本发明提供的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法的一种较佳实施例中，还包括如下步骤：

步骤三一、获取涡流损耗系数：再测量一个或多个频率点的磁性损耗，求得或验证、修订涡流损耗系数；

步骤三二、数据计算处理分离涡流损耗及磁滞损耗，并进行数据存储处理：在获得材料基本磁滞回线基础上获得的测量结果，以及涡流损耗系数，按照材料交流磁性损耗由磁滞损耗Ph和分离涡流损耗P_E组成的基本原理，获得材料的总损耗Ps。

在本发明提供的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法的一种较佳实施例中，所述步骤三一具体为：

步骤三一一、读取测量条件自适应处理；

步骤三一二、确定首个交流磁滞回线频率；

步骤三一三、磁滞回线测量；

步骤三一四、验证或计算涡流损耗系数；

步骤三一五、频率测试判断：如果需继续测试，则确定下个交流磁滞回线频率，并进入所述步骤三一三中，组合经过N次循环；

步骤三一六、测量用户设定的磁滞回线。

相对于现有技术，本发明的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法具有如下的有益效果：

以所述微机为中心，按照冲击法磁性测量原理，通过所述D/A变换器控制所述励磁电流发生器产生励磁函数ΔH(t)，作用于被测样品，其相应函数dB/dt通过所述放大器和所述A/D变换器采样，由所述微机的软件功能实现数值积分获得ΔB，也可以通过一个所述积分器和所述A/D直接获得，在满足冲击法测量条件，即ΔH的起始和结束时刻dH/dt＝0，dB/dt＝0，在一个设定的磁滞回线上，经过N次的单方向循环，获得的N个测量结果，通过数据处理获得的一条磁滞回线，就是本发明定义的基本磁滞回线。装置可以获得定义在基本磁滞回线各种磁性参数，包括Br、Hc、Bs和回线面积对应的磁化能Eh。连接多个基本磁滞回线簇的顶点还可以获得材料的基本磁化曲线，和定义在该曲线上的各种磁性参数。本发明还特别包括在基本磁滞回线面积，即磁化能Eh基础上获得该软磁材料交流磁性的关键参数kE。得到材料的交流损耗的关键参数Ke，用于研究和评价磁性材料交流条件下磁性能。而避免在交流下的损耗测量，在交流条件下,材料磁性损耗的测量由于其测量结果包含测量线路损耗，分离它们非常困难；另一方面在交流励磁下，材料自热，很难获得稳定、可靠的测量结果。装置具有自学习、自适应功能，保证测量结果的唯一性、准确度和测量过程的最优化的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明提供的所述测量装置一较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测试方法一较佳实施例的流程图；

图3是本发明提供的所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测试方法另一较佳实施例的流程图；

图4是本发明提供的所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测试方法另一较佳实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，是本发明提供的测量装置一较佳实施例的结构示意图。

所述测量装置1包括微机11、D/A变换器12、励磁电流发生器13、积分器14及A/D变换器15。所述微机11分别与所述D/A变换器12及所述A/D变换器15连接，所述D/A变换器12与所述励磁电流发生器13连接，所述A/D变换器15与所述积分器14连接。所述微机11包括键盘111、显示器112、打印机113、操作系统114及测控软件115。

所述励磁电流发生器13为可自学习、自适应材料可发生一定幅值及一定形状的电流发生器。所述励磁电流发生器13包括检测接口131。所述积分器14为比例积分放大器或模拟积分器，为放大感应电压与时间的积分值的积分器。

所述积分器14包括检测结果接收口141，所述检测接口131及所述检测结果接收口141均可与被测样品连接。

所述微机11可通过数据处理获得各种磁性参数，包括剩磁Br值、矫顽力Hc值、饱和磁感应强度Bs及磁化能Eh值等。

所述积分器14和所述A/D变换器15可直接获得磁通量变化量ΔB的磁性参数。

请参阅图2，是本发明提供的所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测试方法一较佳实施例的流程图。

步骤S1、读取测量条件自适应处理：针对特定控制软件对输入了几何尺寸的被测试样品进行测试，根据测试结果通过微机自学习获得自适应测试程序；

步骤S2、电流系数修正，样品退磁处理：确定励磁电流的相应函数；

步骤S3、产生首个波形D/A转换：所述励磁电流发生器根据一典型励磁函数发生具有一定幅值ΔI和一定形状的电流对材料进行励磁，并通过微机进行自学习，产生自适应的励磁函数ΔH(t)，满足磁性材料冲击法测量及测量结果最优化条件；

步骤S4、信号功率放大I、B信号取样：所述放大器放大电流励磁信号和磁通感应信号，即放大励磁回路中标准取样电阻的电压与次级感应回路中磁感对时间的积分值；

步骤S5、A/D转换：通过所述A/D变换器将励磁电流及磁感测量线圈的感应电压实施同步A/D变换，并将获得的实时数据传入所述微机；

步骤S6、数据计算处理：所述微机的软件功能处理获得的数据得到一组测量结果。

步骤S7、测试完成判断：如果测试未完成，则根据测量结果确定下个波形D/A转换：根据测量结果通过所述D/A变换器发出下一个励磁电流函数，进入步骤S4继续检测，经过N次循环，如果检测完成则进入步骤八中，进行数据结果处理，以最终获得该软磁材料对应的一条具有唯一性的磁滞回线，即基本磁滞回线及其定义在该回线上的磁性参数；

步骤S8、数据结果处理：数据处理得到基本磁滞回线。

步骤S9、数据存储及结果显示：计算磁性参数，数据存储处理及结果显示处理。

请再次参阅图3，是本发明提供的所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测试方法另一较佳实施例的流程图。

所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测试方法2还包括如下步骤：

步骤S21、读取测量条件自适应处理；

步骤S22、确定首个基本磁滞回线：根据所述步骤六中所获得的数据，确定首个基本磁滞回线；

步骤S23、测量基本磁滞回线；

步骤S24、计算磁性参数，数据存储处理；

步骤S25、多点测量完成判断：如果测试未完成，则确定下个基本磁滞回线后，进入所述步骤23继续检测，按照相应的测试规程，从材料退磁状态出发，逐步增大测试点设定的励磁电流峰值，获得一个系列的基本磁滞回线族；

步骤S26、组合回线得到基本磁滞回线簇：组合经过N次循环后，如果测试完成，则最终获得设定点的基本磁滞回线簇；

步骤27、连接各回线顶点得基本磁化曲线，计算曲线上参数：将一系列的基本磁滞回线族的回线顶点连接起来，从定义出发获得一条样品的基本磁化曲线，及定义在该曲线上的磁性参数。

请再次参阅图4，是本发明提供的应用软磁材料基本磁滞回线测量装置的测试方法另一较佳实施例的流程图

所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测试方法2还包括如下步骤：

步骤S31、获取涡流损耗系数：再测量一个或多个频率点的磁性损耗，求得或验证、修订涡流损耗系数；具体包括如下步骤：

步骤S311、读取测量条件自适应处理；

步骤S312、确定首个交流磁滞回线频率；

步骤S313、磁滞回线测量；

步骤S314、验证或计算涡流损耗系数；

步骤S315、频率测试判断：如果需继续测试，则确定下个交流磁滞回线频率，并进入所述步骤S313中，组合经过N次循环；

步骤S316、测量用户设定的磁滞回线。

步骤S32、数据计算处理分离涡流损耗及磁滞损耗，并进行数据存储处理：在获得材料基本磁滞回线基础上获得的测量结果，以及涡流损耗系数，按照材料交流磁性损耗由磁滞损耗Ph和分离涡流损耗P_E组成的基本原理，获得材料的总损耗Ps。

本发明的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法具有如下的有益效果：

以所述微机11为中心，按照冲击法磁性测量原理，通过所述D/A变换器12控制所述励磁电流发生器13产生励磁函数ΔH(t)，作用于被测样品，其相应函数dB/dt通过所述积分器14和所述A/D变换器15采样，由所述微机11的软件功能实现数值积分获得ΔB，也可以通过一个所述积分器14和所述A/D变换器15直接获得，在满足冲击法测量条件，即ΔH的起始和结束时刻dH/dt＝0，dB/dt＝0，在一个设定的磁滞回线上，经过N次的单方向循环，获得的N个测量结果，通过数据处理获得的一条磁滞回线，就是本发明定义的基本磁滞回线。装置可以获得定义在基本磁滞回线各种磁性参数，包括Br、Hc、B_S和回线面积对应的磁化能Eh。连接多个基本磁滞回线族的顶点还可以获得材料的基本磁化曲线，和定义在该曲线上的各种磁性参数。本发明还特别包括在基本磁滞回线面积，即磁化能Eh基础上获得该软磁材料交流磁性的关键参数k_E。得到材料的交流损耗的关键参数kE，用于研究和评价磁性材料交流条件下磁性能。而避免在交流下的损耗测量，在交流条件下，材料磁性损耗的测量由于其测量结果包含测量线路损耗，分离它们非常困难；另一方面在交流励磁下，材料自热，很难获得稳定、可靠的测量结果。装置具有自学习、自适应功能，保证测量结果的唯一性、准确度和测量过程的最优化的优点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的测量方法，所述测量装置包括微机、D/A变换器、励磁电流发生器、积分器及A/D变换器，所述微机分别与所述D/A变换器及所述A/D变换器连接，所述D/A变换器与所述励磁电流发生器连接，所述A/D变换器与所述积分器连接，所述励磁电流发生器包括检测接口，所述积分器包括检测结果接收口，所述检测接口及所述检测结果接收口均可与被测样品连接；

所述测量装置测量软磁材料基本磁滞回线包括如下步骤：

步骤一、读取测量条件自适应处理：针对特定控制软件对输入了几何尺寸的被测试样品进行测试，根据测试结果通过微机自学习获得自适应测试程序；

步骤二、电流系数修正，样品退磁处理：确定励磁电流的相应函数；

步骤三、产生首个波形D/A转换：所述励磁电流发生器根据一典型励磁函数发生具有一定幅值ΔI和一定形状的电流对材料进行励磁，并通过微机进行自学习，产生自适应的励磁函数ΔH(t)，满足磁性材料冲击法测量及测量结果最优化条件；

步骤四、信号功率放大I、B信号取样：所述放大器放大电流励磁信号和磁通感应信号，即放大励磁回路中标准取样电阻的电压与次级感应回路中磁感对时间的积分值；

步骤五、A/D转换：通过所述A/D变换器将励磁电流及磁感测量线圈的感应电压实施同步A/D变换，并将获得的实时数据传入所述微机；

步骤六、数据计算处理：所述微机的软件功能处理获得的数据得到一组测量结果。

2.根据权利要求1所述的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，其特征在于，所述积分器为比例积分放大器或模拟积分器，所述励磁电流发生器为可自学习、自适应材料可发生一定幅值及一定形状的电流发生器。

3.根据权利要求1所述的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，其特征在于，所述微机包括键盘、显示器、打印机、操作系统及测控软件。

4.根据权利要求1所述的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，其特征在于，所述步骤五后还包括步骤七、测试完成判断：如果测试未完成，则根据测量结果确定下个波形D/A转换：根据测量结果通过所述D/A变换器发出下一个励磁电流函数，进入步骤四继续检测，经过N次循环，如果检测完成则进入步骤八中，进行数据结果处理，以最终获得该软磁材料对应的一条具有唯一性的磁滞回线，即基本磁滞回线及其定义在该回线上的磁性参数。

5.根据权利要求4所述的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，其特征在于，所述步骤八具体为：数据结果处理：数据处理得到基本磁滞回线。

6.根据权利要求5所述的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，其特征在于，所述步骤七后还包括：步骤九、数据存储及结果显示：计算磁性参数，数据存储处理及结果显示处理。

7.根据权利要求6所述的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤二一、读取测量条件自适应处理；

步骤二二、确定首个基本磁滞回线：根据所述步骤六中所获得的数据，确定首个基本磁滞回线；

步骤二三、测量基本磁滞回线；

步骤二四、计算磁性参数，数据存储处理；

步骤二五、多点测量完成判断：如果测试未完成，则确定下个基本磁滞回线后，进入所述步骤二三继续检测，按照相应的测试规程，从材料退磁状态出发，逐步增大测试点设定的励磁电流峰值，获得一个系列的基本磁滞回线族；

步骤二六、组合回线得到基本磁滞回线簇：组合经过N次循环后，如果测试完成，则最终获得设定点的基本磁滞回线簇；

步骤二七、连接各回线顶点得基本磁化曲线，计算曲线上参数：将一系列的基本磁滞回线族的回线顶点连接起来，从定义出发获得一条样品的基本磁化曲线，及定义在该曲线上的磁性参数。

8.根据权利要求7所述的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤三一、获取涡流损耗系数：再测量一个或多个频率点的磁性损耗，求得或验证、修订涡流损耗系数；

步骤三二、数据计算处理分离涡流损耗及磁滞损耗，并进行数据存储处理：在获得材料基本磁滞回线基础上获得的测量结果，以及涡流损耗系数，按照材料交流磁性损耗由磁滞损耗Ph和分离涡流损耗P_E组成的基本原理，获得材料的总损耗Ps。

9.根据权利要求8所述的利用测量装置测量软磁材料基本磁滞回线的方法，其特征在于，所述步骤三一具体为：

步骤三一一、读取测量条件自适应处理；

步骤三一二、确定首个交流磁滞回线频率；

步骤三一三、磁滞回线测量；

步骤三一四、验证或计算涡流损耗系数；

步骤三一五、频率测试判断：如果需继续测试，则确定下个交流磁滞回线频率，并进入所述步骤三一三中，组合经过N次循环；

步骤三一六、测量用户设定的磁滞回线。