CN108594144B - 双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统及方法，该系统包括电脑、采集卡、被测样片、B‑H复合传感线圈、一级放大电路、两个应力加载装置，所述被测样片呈由长臂和短臂构成的十字形，在长臂和短臂交点位置均设置空气槽，长臂和短臂等宽度；将B‑H复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处；在被测样片下表面中心处贴上三个应变片，三个应变片分别沿着x轴、y轴以及和x轴成45°方向三个方向布置；在被测样片的长臂和短臂上分别连接一个应力加载装置，被测样片表面上的三个应变片的引出线经锁相放大器连接到采集卡的输入端中。能够准确测量硅钢片磁感应强度B和磁场强度H的值，能够测量与轧制方向成任意角度的应力，适用于实际工况。
Description
技术领域
本发明涉及二维磁特性测量领域，具体是一种双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统及方法。
背景技术
目前较为通用的硅钢片磁特性测试方法为爱泼斯坦方圈法和二维单片测试法，分别用于材料一维磁特性和二维磁特性的测量。
但是在实际工况中，硅钢片是在一个包含外力、温度、偏磁等多种因素的环境里工作的。材料的温度梯度分布、加工过程中产生的残余应力、以及固定方式等许多因素都可以产生机械力。硅钢片的磁特性受这些因素的影响很大，而爱泼斯坦方圈法和二维单片测试法由于没有考虑这些因素对硅钢片磁特性的影响，已经无法满足测量的要求。所以，为了精确测量硅钢片的磁特性，有必要在硅钢片的实际工况下进行材料磁特性的测试，如：在测量的过程中给硅钢片人为的施加外力或者升高温度，并对硅钢片进行磁特性测量。
丁晓峰等人(丁晓峰，熊彦文，肖力豪，郭宏.一种可控应力条件下的硅钢片二维磁特性测量系统及其测试方法，CN104569875A。)虽然考虑了材料的二维磁特性，但是施加应力的方向只能是固定方向。该装置的被测样片为立方体，在立方体的上表面施加外力，立方体的前、后、左、右表面与磁轭相连，这种结构虽能测试材料的二维磁特性，但是无法测量与轧制方向成任意角度的应力对被测样片二维磁特性的影响。
发明内容
针对实际工况中，硅钢片材料工作在应力工况下，本发明提供了双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统及方法，能够准确测量硅钢片磁感应强度B和磁场强度H的值，能够测量与轧制方向成任意角度的应力，适用于实际工况。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统，该系统包括电脑、采集卡、被测样片、B-H复合传感线圈、一级放大电路、两个应力加载装置，其特征在于，所述被测样片呈由长臂和短臂构成的十字形，在长臂和短臂交点位置均设置空气槽，长臂和短臂等宽度，空气槽的宽度为长臂宽度的1/25，空气槽的深度为空气槽宽度的1～4倍；定义被测样片长臂所在方向为x方向，短臂所在方向为y方向；
所述B-H复合传感线圈包括H线圈和四个B探针，H线圈分为Hx线圈和Hy线圈，Hx线圈和Hy线圈呈垂直交叉布置在H线圈基板上，所述H线圈基板安装在B探针基板的中央，在H线圈基板外围的B探针基板上布置四个B探针，且四个B探针呈垂直交叉布置，四个B探针到B探针基板中心的距离均相等，相对的两个B探针的连线与Hx线圈或Hy线圈平行；H线圈和B探针进行双绞出线，H线圈双绞出线和B探针双绞出线的焊接孔均布置在B探针基板上；
将B-H复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处；在被测样片下表面中心处贴上第一应变片、第二应变片、第三应变片，三个应变片分别沿着x轴、y轴以及和x轴成45°方向三个方向布置；
在被测样片的上下表面分别布置上“C型”磁轭和下“C型”磁轭，且两个“C型”磁轭垂直放置，C型的开口相对；两个“C型”磁轭的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；
将B-H复合传感线圈的双绞出线均连接在一级放大电路的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的相应输入端，采集卡同时连接电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台，采集卡与电脑进行双向通信，所述采集卡的输出端经过功放与相应的水冷电阻串联，再经相应的隔离变压器连接到一对激磁绕组上；
在被测样片的长臂和短臂上分别连接一个应力加载装置，每个应力加载装置均连接电脑，通过电脑内的磁测量虚拟仪器工作台控制两个应力加载装置，被测样片表面上的三个应变片的引出线经锁相放大器连接到采集卡的输入端中。
一种双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：设计被测样片：
被测样片呈由长臂和短臂构成的十字形，在长臂和短臂交点位置均设置空气槽，定义被测样片长臂所在方向为x方向，短臂所在方向为y方向；
步骤二：设计B-H复合传感线圈：
H线圈采用垂直交叉结构，用于测量被测样片表面磁场强度，被测样片的磁感应强度B采用探针法进行测量，测量的是磁感应强度B的感应电压值；四个B探针以H线圈为中心呈垂直交叉布置，对H线圈和B探针的出线进行双绞，得到B-H复合传感线圈；
步骤三：组装B-H复合传感线圈及被测样片：
将B-H复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处，把被测样片与B探针接触部分的绝缘漆去掉；在被测样片下表面中心处贴上第一应变片、第二应变片、第三应变片，三个应变片分别沿着x轴、y轴以及和x轴成45°方向三个方向布置，用以测取不同角度的应变；再用固定钳将被测样片固定好；
在被测样片的上下表面分别布置上“C型”磁轭和下“C型”磁轭，且两个“C型”磁轭垂直放置，C型的开口相对；两个“C型”磁轭的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；
步骤四：连接实验电路：
将B-H复合传感线圈的双绞出线均连接在一级放大电路的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的相应输入端，采集卡同时连接电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台，采集卡与电脑进行双向通信，所述采集卡的输出端经过功放与相应的水冷电阻串联，再经相应的隔离变压器连接到一对激磁绕组上；
在被测样片的长臂和短臂上分别连接一个应力加载装置，每个应力加载装置均连接电脑，通过电脑内的磁测量虚拟仪器工作台控制两个应力加载装置，被测样片表面上的三个应变片的引出线经锁相放大器连接到采集卡的输入端中，
步骤五：对装置进行校正：
在实验之前用锁相放大器采集应变片的信号，并根据所采应变信号对被测样片进行初始化校正，保证在实验开始之前被测样片不受扭曲、变形所带来的外力；若检测到扭曲或变形，使用电脑控制应力加载装置调平被测样片；
步骤六：开始进行试验：
控制采集卡输出不同频率的激磁信号，同时控制两个应力加载装置输出不同大小的力，两个应力加载装置的力互相垂直，此时采集B-H复合传感线圈的输出信号和应变片的输出信号，使用磁测量虚拟仪器工作台控制采集卡采集到的Bx、By信号，合成一个标准圆形或者椭圆形；再进行后处理，得到不同力下、不同激磁频率下的B-H曲线、损耗曲线，最终完成对材料双向应力加载条件下的二维单片磁特性测量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明被测样片采用十字形形状，是为了便于对被测样片施加外力，在被测样片的拐角处切出空气槽，避免被测样片x，y两方向的磁通互相影响，并且能够增加被测样片中心区域的磁通大小，空气槽末端采用圆弧形状，有利于减小谐波；
(2)本发明采用了厚度很小(厚度为0.3～0.4mm)的环氧树脂作为H线圈基板，使得内层H线圈距离被测样片表面更近；测量不同方向磁场强度的H线圈采用垂直交叉结构，能够保证测量的区域相同，提高二维单片磁特性测量的精确性；
(3)本发明在测量磁感应强度时，采用探针法而不是线圈法来测量磁感应强度，避免在被测样片上的孔在施加力的过程中变形，损坏感应线圈；与感应线圈法相比，该方法减小了边缘效应对测试精度的影响，使测试区域磁场更加均匀，而且可以避免因打孔造成的材料磁特性的破坏；
(4)本发明在测量材料磁特性的同时，考虑了应力条件对材料磁特性的影响，更加贴近硅钢片的实际工况，相比于未考虑应力条件的磁测量而言，更适应于工程实际。
(5)本发明使用了两个应力加载装置，存在两个电机，两个电机作为施加外力的外力源，可以合成与轧制方向成任意角度的合力，用以讨论施加外力与轧制方向夹角不同时，对材料磁特性的影响；在实际情况中，外力可能是与轧制方向成任意角度的，如果只能够施加一个方向的应力，与实际情况的差距仍然很大；
(6)在采集应变片应变信号时采用锁相放大器，有利于检测出微弱的应变信号，并提高精度，锁相放大器具有很强的抗噪声能力，能用于各种高精测量系统中。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1(a)为本发明中的B-H复合传感线圈的主视结构示意图；
图1(b)为本发明中的B-H复合传感线圈的俯视结构示意图；
图2为本发明中的被测样片的结构图；
图3为本发明中的应变片的安装位置示意图；
图4为本发明中被测样片和B-H复合传感线圈的固定方式；
图5为本发明中磁轭加载方式的示意图；
图6为本发明中应力加载条件下的二维单片磁测量测试系统；
附图标记说明：
1.Hx线圈，2.Hy线圈，3.第一B探针，4.第二B探针，5.第三B探针，6.第四B探针，7.H线圈基板，8.B探针基板，9.连接螺丝，10.双绞线，11.B探针固定板，12.B-H复合传感线圈，13被测样片，14.夹紧螺丝，15固定装置，16.支撑架，17.上“C型”磁轭，18.下“C型”磁轭，19.x轴激磁绕组，20.y轴激磁绕组，21.一级放大电路，22.采集卡，23.磁测量虚拟仪器工作台，24.功放，25.功放，26.水冷电阻，27.水冷电阻，28.隔离变压器，29.隔离变压器，30.第一应变片，31.第二应变片，32.第三应变片，33.应力加载装置，34.应力加载装置，35.锁相放大器。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统包括电脑、采集卡、被测样片13、B-H复合传感线圈12、一级放大电路、两个应力加载装置，其特征在于，所述被测样片呈由长臂和短臂构成的十字形，在长臂131和短臂132交点位置均设置空气槽133，长臂和短臂等宽度，空气槽的宽度为长臂宽度的1/25，空气槽的深度为空气槽宽度的1～4倍；定义被测样片长臂所在方向为x方向，短臂所在方向为y方向；
所述B-H复合传感线圈包括H线圈和四个B探针，H线圈分为Hx线圈1和Hy线圈2，Hx线圈1和Hy线圈2呈垂直交叉布置在H线圈基板7上，所述H线圈基板7安装在B探针基板8的中央，在H线圈基板7外围的B探针基板8上布置四个B探针，且四个B探针呈垂直交叉布置，四个B探针到B探针基板8中心的距离均相等，相对的两个B探针的连线与Hx线圈或Hy线圈平行；H线圈和B探针进行双绞出线，H线圈双绞出线和B探针双绞出线的焊接孔均布置在B探针基板8上；
将B-H复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处；在被测样片下表面中心处贴上第一应变片30、第二应变片31、第三应变片32，三个应变片分别沿着x轴、y轴以及和x轴成45°方向三个方向布置；
在被测样片的上下表面分别布置上“C型”磁轭17和下“C型”磁轭18，且两个“C型”磁轭垂直放置，C型的开口相对；两个“C型”磁轭18的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；
将B-H复合传感线圈的双绞出线均连接在一级放大电路21的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的相应输入端，采集卡22同时连接电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台23，采集卡与电脑进行双向通信，所述采集卡的输出端经过功放与相应的水冷电阻串联，再经相应的隔离变压器连接到一对激磁绕组上；
在被测样片的长臂和短臂上分别连接一个应力加载装置，每个应力加载装置均连接电脑，通过电脑内的磁测量虚拟仪器工作台23控制两个应力加载装置，被测样片表面上的三个应变片的引出线经锁相放大器35连接到采集卡的输入端中。
本发明还保护双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试方法(简称方法)，包括以下步骤：
步骤一：设计被测样片13：
被测样片呈由长臂和短臂构成的十字形，在长臂131和短臂132交点位置均设置空气槽133，长臂和短臂等宽度，空气槽的宽度为长臂宽度的1/25，空气槽的深度为空气槽宽度的1～4倍，空气槽末端为圆弧形；定义被测样片长臂所在方向为x方向，短臂所在方向为y方向；
步骤二：设计B-H复合传感线圈12：
H线圈采用垂直交叉结构，用于测量被测样片表面磁场强度，被测样片的磁感应强度B采用探针法(探针法是已经有的方法)进行测量，测量的是磁感应强度B的感应电压值；
H线圈分为Hx线圈1和Hy线圈2，Hx线圈1和Hy线圈2呈垂直交叉布置在H线圈基板7上，所述H线圈基板7安装在B探针基板8的中央，在H线圈基板7外围的B探针基板8上布置四个B探针，且四个B探针呈垂直交叉布置，到B探针基板8中心的距离均相等，相对的两个B探针的连线与Hx线圈或Hy线圈平行；H线圈和B探针进行双绞出线，H线圈双绞出线和B探针双绞出线的焊接孔均布置在B探针基板8上；
具体制作过程是：将一个Hx线圈缠绕在0.3～0.4mm厚的H线圈基板7上，再将一个Hy线圈套在Hx线圈外部，Hx线圈的直径较Hy线圈的直径略小，分别用来测量两个方向的H感应电压数值；H线圈基板7四角处带有缺口，能够减少Hx线圈1和Hy线圈2的挤压磨损；
将4枚B探针正交的安装在B探针基板8上，各个探针位置距离B探针基板中心12.5mm；H线圈基板可与B探针基板进行拼合，H线圈基板7恰好能卡在B探针基板8的中心，再用胶水等粘结剂粘合。对H线圈和B探针的出线进行双绞，H线圈双绞出线和B探针双绞出线的焊接孔位于B探针基板8上，焊接孔本着方便出线，易于区分不同的焊接孔，减小相互之间的影响的原则来进行设置，在最大程度上减小来自另一个方向上磁场的干扰。至此完成了B-H复合传感线圈的制作。
步骤三：组装B-H复合传感线圈及被测样片：
将B-H复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处，把被测样片与B探针接触部分的绝缘漆去掉；在被测样片下表面中心处贴上第一应变片30、第二应变片31、第三应变片32，三个应变片分别沿着x轴、y轴以及和x轴成45°方向三个方向布置，用以测取不同角度的应变；用固定钳将被测样片固定好，防止被测样片振动影响实验测量；
在被测样片的上下表面分别布置上“C型”磁轭17和下“C型”磁轭18，且两个“C型”磁轭17、18垂直放置，C型的开口相对；两个“C型”磁轭18的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；激磁绕组分为x轴激磁绕组19和y轴激磁绕组20；
步骤四：连接实验电路：
将B-H复合传感线圈的双绞出线均连接在一级放大电路21的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的相应输入端，采集卡22同时连接电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台23，采集卡与电脑进行双向通信，所述采集卡的输出端经过功放(24、25)与相应的水冷电阻(26、27)串联，再经相应的隔离变压器(28、29)连接到一对激磁绕组上(x轴激磁绕组19或y轴激磁绕组20)；
在被测样片的长臂和短臂上分别连接一个应力加载装置(33、34)，每个应力加载装置均连接电脑，通过电脑内的磁测量虚拟仪器工作台23控制两个应力加载装置，被测样片表面上的三个应变片的引出线经锁相放大器35连接到采集卡的输入端中，
B感应电压信号、H感应电压信号被采集卡采集，进而被磁测量虚拟仪器工作台23还原成B信号和H信号；检查电路接线有无问题；将应力加载装置的力传感器与应变片的输出信号进行采集；
步骤五：对装置进行校正：
由于无法保证在实验之前被测样片是否有一定程度的变形，所以在实验之前要用锁相放大器采集应变片的信号，并根据所采应变信号对被测样片进行初始化校正，尽量保证在实验开始之前，被测样片是不受扭曲、变形等带来的外力的；若检测到扭曲或变形，使用电脑控制应力加载装置调平被测样片；
步骤六：开始进行试验：
控制采集卡输出不同频率的激磁信号，同时控制两个应力加载装置输出不同大小的力，两个应力加载装置的力互相垂直，其合力作用在与轧制方向成任意角度的方向上，能测量与轧制方向成任意角度的应力，此时采集B-H复合传感线圈的输出信号和应变片的输出信号，使用磁测量虚拟仪器工作台控制采集卡采集到的Bx，By信号，合成一个标准圆形或者椭圆形；再进行后处理，就可以得到不同力下、不同激磁频率下的B-H曲线、损耗曲线等特性曲线，最终完成对材料双向应力加载条件下的二维单片磁特性测量。
本发明中空气槽的长度在长度在5-15mm范围内均可。
本发明中所述应力加载装置由单片机、驱动器、力传感器和电机共同构成，将单片机连接到电脑串口，单片机经过驱动器与电机相连，驱动电机对被测样片施加外力；电脑能控制两个应力加载装置中的一个电机单独工作，也可以使两个电机同时工作，两个电机同时工作时，可以控制两个电机所施加的力的大小，使两个力可以合成任意方向的力。被测样片表面的应变片引出线连接到锁相放大器，将力传感器与应变片的输出信号进行采集。
实施例1
本实施例双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试方法，包括以下步骤：
步骤一：设计被测样片，被测样片的形状是十字形，为了适应外围装置，如固定钳，选择被测样片尺寸为宽100mm，长臂长度440mm，短臂长度230mm；在十字形被测样片的拐角处切出空气槽，空气槽的宽度为4mm，长度为10mm；为尽可能减小谐波，空气槽末端为圆弧形；定义被测样片长臂所在方向为x方向，短臂所在方向为y方向。
步骤二：设计B-H复合传感线圈。H线圈采用垂直交叉结构，用于测量被测样片表面磁场强度，被测样片的磁感应强度B采用探针法进行测量，测量的是磁感应强度B的感应电压值。
将一个小的H线圈缠绕在0.4mm厚的H线圈基板7上，再将一个稍大的H线圈套在小H线圈外部，分别用来测量两个方向的H感应电压数值；H线圈基板四角处带有缺口，能够减少感应线圈的挤压磨损；将4枚B探针正交的安装在B探针基板上，各个探针位置距离B探针基板中心12.5mm；H线圈基板可与B探针基板进行拼合。对H线圈和B探针的出线进行双绞，H线圈双绞出线和B探针双绞出线的焊接孔位于B探针基板8上，焊接孔本着方便出线，易于区分不同的焊接孔，减小相互之间的影响的原则来进行设置，在最大程度上减小来自另一个方向上磁场的干扰。至此完成了B-H复合传感线圈的制作。
步骤三：将B-H复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处，把被测样片与B探针接触部分的绝缘漆去掉；在被测样片下表面中心处贴上第一应变片30、第二应变片31、第三应变片32，三个应变片分别沿着x轴、y轴以及和x轴成45°方向三个方向布置(参见图3)，用以测取不同角度的应变；用固定钳将被测样片固定好，防止被测样片振动影响实验测量。
在被测样片的上下表面分别布置上“C型”磁轭17和下“C型”磁轭18，且两个“C型”磁轭垂直放置，C型的开口相对；两个“C型”磁轭17、18的两个支腿部分均缠绕激磁绕组(参见图5)；
步骤四：连接实验电路：
将B-H复合传感线圈的双绞出线均连接在一级放大电路21的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的相应输入端，采集卡22同时连接电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台23，采集卡与电脑进行双向通信，所述采集卡的输出端经过功放与相应的水冷电阻串联，再经相应的隔离变压器连接到一对激磁绕组上；
在被测样片的长臂和短臂上分别连接一个应力加载装置，每个应力加载装置均连接电脑，通过电脑内的磁测量虚拟仪器工作台23控制两个应力加载装置，被测样片表面上的三个应变片的引出线经锁相放大器35连接到采集卡的输入端中，
使B感应电压信号、H感应电压信号被采集卡采集，进而被磁测量虚拟仪器工作台还原成B信号和H信号；检查电路接线有无问题。
步骤五：对装置进行校正。由于无法保证在实验之前被测样片是否有一定程度的变形，所以在实验之前要用锁相放大器采集应变片的信号，并根据所采应变信号对被测样片进行初始化校正，尽量保证在实验开始之前，被测样片是不受扭曲、变形等带来的外力的；若检测到扭曲或变形，使用电脑控制驱动器驱动电机调平被测样片。
步骤六：开始进行试验。控制采集卡输出不同频率的激磁信号，同时控制电机输出不同大小的力，此时采集B-H复合传感线圈的输出信号和应变片的输出信号，使用磁测量虚拟仪器工作台控制采集卡采集到的Bx，By信号，合成一个标准圆形或者椭圆形；再进行后处理，就可以得到不同力下、不同激磁频率下的B-H曲线，损耗曲线等特性曲线，最终完成对材料双向应力加载条件下的二维单片磁特性测量。
如图1(a)、图1(b)所示，为B-H复合传感线圈12结构图；将Hx线圈1，Hy线圈2缠绕在H线圈基板7上，和第一、第二、第三、第四B探针3,4,5,6固定在B探针基板8上。4枚B探针和2个H线圈的出线采用双绞线10；为了更好的固定B探针，B探针上部用B探针固定板11来固定，B探针固定板11和B探针基板8之间通过连接螺丝9来连接。
如图2所示，为被测样片13形状；为了便于说明，规定被测样片长臂为x轴，短臂为y轴。应用Ansys Mexwell软件采用参数化方法对被测样片中心40*40mm区域取400个点进行仿真；求取各点磁感应强度并计算各个长度下磁感应强度的方差，仿真结果如下表所示。
| 槽长(mm) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 |
| 方差 | 0.00023590 | 9.11472e-0 | 8.6497e-05 | 6.40915e-0 | 1.01157e-0 |
| 槽长(mm) | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 |
| 方差 | 7.1825e-06 | 0.00058889 | 0.00106376 | 0.00182557 | 0.00313817 |
应用Ansys Workbench Static Structure软件采用参数化方法对被测样片中心40*40mm区域取400个点进行仿真；求取各点应力并计算各个长度下应力的方差，仿真结果如下表所示。参照仿真结果，结合实际加工难度，并考虑被测样片中心磁通均匀性、施加拉力时被测样片中心的均匀性等问题，选择向45°方向开出长度为10mm，宽度为4mm的空气槽，空气槽末端为圆弧形效果最优。
| 槽长(mm) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 方差 | 0.002402 | 0.002405 | 0.00216 | 0.002032 | 0.001903 |
| 槽长(mm) | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 方差 | 0.001902 | 0.001856 | 0.001849 | 0.001865 | 0.001821 |
| 槽长(mm) | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 方差 | 0.001804 | 0.001865 | 0.002012 | 0.002009 | 0.002214 |
如图4所示，为被测样片13和B-H复合传感线圈12的固定方式，把B-H复合传感线圈12放置在被测样片13上表面中心处，并把被测样片上与B探针接触位置的绝缘漆去除；通过夹紧螺丝14来使B-H复合传感线圈12与被测样片13之间的距离进一步缩小。将被测样片13放置在支撑架16上，并通过夹紧螺丝14和固定装置15来固定。由于被测样片13薄且大，为了保证被测样片水平，必须对被测样片的长臂和短臂进行固定，以避免被测样片变形带来其他的力，影响测量的精确度。被测样片的四臂被固定钳紧紧固定。
如图6所示，为本实施例的应力加载条件下的二维单片磁特性测量系统。应力加载装置33和34各包括单片机，驱动器，电机、力传感器、力传感器显示仪。
应力施加装置的应力加载方式如下：两个电机分别连接在固定钳上拉动固定钳进而对被测样片13施加拉力。单片机控制驱动器，进而驱动电机对被测样片13施加拉力。粘贴在被测样片表面的应变片30,31,32产生应变信号，由于应变信号值很小，且极易受到外部信号影响，将应变信号输入到锁相放大器35中，并进一步传入到磁测量虚拟仪器工作台。同时电机施加的力被力传感器感测，并传递到力传感器显示仪进行显示。
电脑中的磁测量虚拟仪器工作台23控制采集卡22发出激磁信号，激磁信号经过功放24,25放大后，通过水冷电阻26,27进入二维单片磁特性测量装置的x，y轴激磁绕组19,20，紧贴在被测样片表面的B-H复合传感线圈产生感应电压信号，分别将Hx线圈1、Hy线圈2、第二探针4和第四探针6、第一探针3和第三探针5产生的Hx感应电压信号，Hy感应电压信号，Bx感应电压信号,By感应电压信号连接到一级放大电路21。经过放大后再统一进入采集卡22，被磁测量虚拟仪器工作台23采集并显示。
本实施例中的磁测量虚拟仪器工作台23为加载在电脑中的一个虚拟软件，这位本领域常用软件。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (4)
1.一种双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统，该系统包括电脑、采集卡、被测样片、B-H复合传感线圈、一级放大电路、两个应力加载装置，其特征在于，所述被测样片呈由长臂和短臂构成的十字形，在长臂和短臂交点位置均设置空气槽，长臂和短臂等宽度，空气槽的宽度为长臂宽度的1/25，空气槽的深度为空气槽宽度的1~4倍；定义被测样片长臂所在方向为x方向，短臂所在方向为y方向；空气槽在被测样片的拐角处切出，空气槽末端为圆弧形；
所述B-H复合传感线圈包括H线圈和四个B探针，H线圈分为Hx线圈和Hy线圈，Hx线圈和Hy线圈呈垂直交叉布置在H线圈基板上，所述H线圈基板安装在B探针基板的中央，在H线圈基板外围的B探针基板上布置四个B探针，且四个B探针呈垂直交叉布置，四个B探针到B探针基板中心的距离均相等，相对的两个B探针的连线与Hx线圈或Hy线圈平行；H线圈和B探针进行双绞出线，H线圈双绞出线和B探针双绞出线的焊接孔均布置在B探针基板上；
将B-H复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处；在被测样片下表面中心处贴上第一应变片、第二应变片、第三应变片，三个应变片分别沿着x轴、y轴以及和x轴成45°方向三个方向布置；
在被测样片的上下表面分别布置上“C型”磁轭和下“C型”磁轭，且两个“C型”磁轭呈上下垂直交错放置，C型的开口相对；两个“C型”磁轭的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；“C型”磁轭的支腿无向开口的弯折部分；
将B-H复合传感线圈的双绞出线均连接在一级放大电路的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的相应输入端，采集卡同时连接电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台，采集卡与电脑进行双向通信，所述采集卡的输出端经过功放与相应的水冷电阻串联，再经相应的隔离变压器连接到一对激磁绕组上；
在被测样片的长臂和短臂上分别连接一个应力加载装置，每个应力加载装置均连接电脑，通过电脑内的磁测量虚拟仪器工作台控制两个应力加载装置，被测样片表面上的三个应变片的引出线经锁相放大器连接到采集卡的输入端中。
2.根据权利要求1所述的双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统，其特征在于
所述四个B探针到B探针基板中心的距离为12.5mm。
3.根据权利要求1所述的双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统，其特征在于，空气槽的宽度为4mm，长度为10mm。
4.一种双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试方法，所述方法采用权利要求1-3任一所述的双向应力加载条件下的二维单片磁特性测试系统，所述方法包括以下步骤：
步骤一：设计被测样片：
被测样片呈由长臂和短臂构成的十字形，在长臂和短臂交点位置均设置空气槽，定义被测样片长臂所在方向为x方向，短臂所在方向为y方向；
步骤二：设计B-H复合传感线圈：
H线圈采用垂直交叉结构，用于测量被测样片表面磁场强度，被测样片的磁感应强度B采用探针法进行测量，测量的是磁感应强度B的感应电压值；四个B探针以H线圈为中心呈垂直交叉布置，对H线圈和B探针的出线进行双绞，得到B-H复合传感线圈；
步骤三：组装B-H复合传感线圈及被测样片：
将B-H复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处，把被测样片与B探针接触部分的绝缘漆去掉；在被测样片下表面中心处贴上第一应变片、第二应变片、第三应变片，三个应变片分别沿着x轴、y轴以及和x轴成45°方向三个方向布置，用以测取不同角度的应变；再用固定钳将被测样片固定好；
在被测样片的上下表面分别布置上“C型”磁轭和下“C型”磁轭，且两个“C型”磁轭垂直放置，C型的开口相对；两个“C型”磁轭的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；
步骤四：连接实验电路：
将B-H复合传感线圈的双绞出线均连接在一级放大电路的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的相应输入端，采集卡同时连接电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台，采集卡与电脑进行双向通信，所述采集卡的输出端经过功放与相应的水冷电阻串联，再经相应的隔离变压器连接到一对激磁绕组上；
在被测样片的长臂和短臂上分别连接一个应力加载装置，每个应力加载装置均连接电脑，通过电脑内的磁测量虚拟仪器工作台控制两个应力加载装置，被测样片表面上的三个应变片的引出线经锁相放大器连接到采集卡的输入端中，
步骤五：对装置进行校正：
在实验之前用锁相放大器采集应变片的信号，并根据所采应变信号对被测样片进行初始化校正，保证在实验开始之前被测样片不受扭曲、变形所带来的外力；若检测到扭曲或变形，使用电脑控制应力加载装置调平被测样片；
步骤六：开始进行试验：
控制采集卡输出不同频率的激磁信号，同时控制两个应力加载装置输出不同大小的力，两个应力加载装置的力互相垂直，此时采集B-H复合传感线圈的输出信号和应变片的输出信号，使用磁测量虚拟仪器工作台控制采集卡采集到的Bx、By信号，合成一个标准圆形或者椭圆形；再进行后处理，得到不同力下、不同激磁频率下的B-H曲线、损耗曲线，最终完成对材料双向应力加载条件下的二维单片磁特性测量。
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| GR01 | Patent grant | ||
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