CN108802638B - 一种考虑应力下的纳米晶高频磁特性检测装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑应力下的纳米晶高频旋转磁特性检测系统，包括考虑应力下的纳米晶高频旋转磁特性检测装置、功率放大器、差分放大电路以及数字信号处理单元；所述纳米晶高频旋转磁特性检测装置，包括磁路为由两个U型的磁芯交错90°对插组成，磁芯由纳米晶带材绕指切割而成、四个方型激磁绕组固定在磁芯顶端，下部磁芯通过卡扣固定在支架上，待测样品放在两个磁芯中间，对称放置、在样品两边分别施加液压夹具，对样品施加应力、上部磁芯通高度可调节卡扣固定在支架上，通过调节磁芯高度以适应不同尺寸样品。相对于现有技术，该系统结构单一，磁路清晰合理，磁芯制作加工简单。

Description

一种考虑应力下的纳米晶高频磁特性检测装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种新型的磁特性检测装置，具体涉及一种考虑应力下的纳米晶高频磁特性检测装置及测量方法。

背景技术

二维旋转磁特性检测技术是通过磁轭对样品进行激磁处理，使待测样品处于旋转磁场中，然后通过贴附在样品表面的B-H复合线圈，采集样品表面的B信号和H信号,经过数字信号处理过程生成样品的B-H曲线，从而得到样品的磁特性。

已有技术的磁特性检测装置，构成磁轭的材料为硅钢片，对比而言，该材料饱和磁导率较低、饱和磁力较低。激磁绕组为普通的铜线单绞绕制，绕组阻抗较大，在进行电流激磁时，磁芯损耗、绕组损耗均比较高，不能实现样品在高频率旋转磁场下的磁特性检测，限制了磁性材料的使用范围。

已有技术的磁特性检测装置，没有应力施加装置，不能检测样品在施加应力条件下的磁特性。磁轭之间距离不能随意调节，更换样品步骤繁琐，同时也限制了待测样品的形状大小。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明目的是提供了一种结构单一，磁路清晰合理，磁芯制作加工简单的考虑应力下的纳米晶高频旋转磁特性检测系统。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案

一种考虑应力下的纳米晶高频磁特性检测装置，包括考虑应力下的纳米晶高频旋转磁特性检测装置、功率放大器、差分放大电路以及数字信号处理单元；数字信号处理单元发出激磁信号，信号通过功率放大器以后加入到磁特性检测装置的激磁绕组部分，对样品进行激磁，使其充分磁化。然后附着在样品表面的B-H传感线圈收集信号，传送至数字信号处理单元，从而生成样品的B-H曲线。所述纳米晶高频旋转磁特性检测装置，包括磁路为由两个U型的磁芯交错90°对插组成，磁芯由纳米晶带材绕指切割而成、四个方型激磁绕组固定在磁芯顶端，与样品紧密接触、下部磁芯通过卡扣固定在支架上，待测样品放在两个磁芯中间，对称放置、在样品两边分别施加液压夹具，对样品施加应力、上部磁芯通过可调节脱扣固定在支架上，通过脱扣的高度调节，压紧测试样品。

所述两个磁芯形状尺寸、制作工艺以及磁芯装配方式和应力施加方式。

所述四个激磁绕组完全相同，每个激磁绕组均包括进出线端子、第一层绕组、第二层绕组和第三层绕组，每层绕组匝数不同，匝数数量逐步递增、不同层的绕组之间进行绝缘处理，也可通过进出线串并联连接，所述第一层绕组、第二层绕组和第三层绕组分层绕制在磁芯上，第一层绕组紧密接触磁芯。第一层绕组、第二层绕组和第三层绕组上均安装有进出线端子，不同激磁绕组之间、同一激磁绕组不同层之间，均可以通过进出线端子连接，绕组共有七种连接方式，即：连接每个激磁绕组的第一、第二、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第二、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第一、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第一、第二绕组；连接每个激磁绕组的第一层绕组；连接每隔激磁绕组的第二层绕组；连接每个激磁绕组的第三层绕组。

一种考虑应力下的纳米晶高频磁特性测量方法，包括以下步骤

步骤一：选择一种绕组连接方式；

步骤二：将测试样品放置两个磁芯之间，调节上部磁芯，使其与测试样品紧密接触。通过液压夹具，夹紧样品，在横向施加应力；

步骤三：应力施加完成后，数字信号处理单元输出给定频率的激磁信号加载到激磁线圈上，在样品中心形成均匀的圆形磁场；

步骤四：通过B-H复合线圈传感器测量样品中的磁通密度和磁场强度，判断样品是否达到饱和；

步骤五：如果样品未达到饱和，提高激磁强度，重复步骤二、三，直至样品饱和；

步骤六：更换绕组连接方式，重复步骤二、三、四、五，直至检测完成所有类型的连接方式；

步骤七：根据上述过程，确定各种连接方式下装置的检测频段；

步骤八：根据不同的检测频率选择绕组连接方式。

本发明相对于现有技术而言，本发明具有以下优点：

1)本发明磁芯材料选用高频下具有高饱和磁密、高起始磁导率、低磁芯损耗、耐热性和耐磨性好的Fe-M-V系纳米晶材料。在不失测试精确性的前提下，激磁频率可以达到50KHZ，可以准确地得到样品在中高频激磁情况下的磁特性。

2)本发明设计的U型错位对插结构单一，磁路清晰合理，磁芯制作加工简单。测试装置组装简单合理，大大提高的推广使用效率。磁芯由纳米晶带材绕制切割，经过退火、浸漆等工艺，提高了磁芯的机械性能，同时对切割面进行绝缘处理，避免了层间涡流的产生，提高了测量精度。

3)本发明装置结构尺寸经由有限元仿真优化后得以确定，在不失测试精确性的前提下，缩小装置结构尺寸，以期达到更高的测试频率。纳米晶带材用量少，磁路结构对称性高，使其具有磁路损耗相对较小，高频下震动较小，磁场对称性较高等优点。

4)本发明中激磁绕组由铜箔线绕指而成，确保在频率较高的情况下，损耗的合理性。

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是本发明测量系统示意图。

图2是本发明检测装置立体结构示意图。

图3是本发明U型磁芯对插磁路示意图。

附图标记说明：

1、可拆卸固定条 2、液压夹具(示意模型) 3、螺丝 4、固定卡扣 5、螺母 6、高度可调节卡扣 7、检测装置支架 8、方形连接条 9、上部磁芯 10、测试样品 11、下部磁芯 12、三层式激磁绕组 13、B-H复合线圈 14、数字信号处理单元 15、功率放大器 16、差分放大电路

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作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。

如图1、2和3所示，本发明公开的一种考虑应力下的纳米晶高频旋转磁特性检测系统，包括考虑应力下的纳米晶高频旋转磁特性检测装置、功率放大器15、差分放大电路16以及数字信号处理单元；所述纳米晶高频旋转磁特性检测装置，包括磁路为由两个U型的磁芯交错90°对插组成，磁芯由纳米晶带材绕指切割而成、四个方型激磁绕组固定在磁芯顶端，与样品紧密接触、下部磁芯通过卡扣固定在支架上，待测样品放在两个磁芯中间，对称放置、在样品两边分别施加液压夹具2，对样品施加应力、上部磁芯9通过可调节脱扣固定在支架上，通过脱扣的高度调节，压紧测试样品10。

系统的工作原理为：数字信号处理单元输出信号经过功率放大器放大后，接入到检测装置的输入端，通过激磁绕组进行激磁，检测装置内的两组复合传感线圈与激磁线圈进行磁场耦合，再经过多通道差分放大电路接入数字信号处理单元14，生成B-H曲线，从而得到样品的磁特性。

另外，值得一提的是，所述两个磁芯形状尺寸、制作工艺完全相同。

另外，值得一提的是，所述四个激磁绕组完全相同，每个激磁绕组均包括进出线端子、第一层绕组、第二层绕组和第三层绕组，每层绕组匝数不同，匝数数量逐步递增、不同层的绕组之间进行绝缘处理，也可通过进出线串并联连接，所述第一层绕组、第二层绕组和第三层绕组分层绕制在磁芯上，第一层绕组紧密接触磁芯。第一层绕组、第二层绕组和第三层绕组上均安装有进出线端子，不同激磁绕组之间、同一激磁绕组不同层之间，均可以通过进出线端子连接，绕组共有七种连接方式，即：连接每个激磁绕组的第一、第二、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第二、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第一、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第一、第二绕组；连接每个激磁绕组的第一层绕组；连接每隔激磁绕组的第二层绕组；连接每个激磁绕组的第三层绕组。

通过上述内容不难发现，本发明具有以下优点：

1)本发明磁芯材料选用高频下具有高饱和磁密、高起始磁导率、低磁芯损耗、耐热性和耐磨性好的Fe-M-V系纳米晶材料。在不失测试精确性的前提下，激磁频率可以达到50KHZ，可以准确地得到样品在中高频激磁情况下的磁特性。

2)本发明设计的U型错位对插结构单一，磁路清晰合理，磁芯制作加工简单。测试装置组装简单合理，大大提高的推广使用效率。磁芯由纳米晶带材绕制切割，经过退火、浸漆等工艺，提高了磁芯的机械性能，同时对切割面进行绝缘处理，避免了层间涡流的产生，提高了测量精度。

3)本发明装置结构尺寸经由有限元仿真优化后得以确定，在不失测试精确性的前提下，缩小装置结构尺寸，以期达到更高的测试频率。纳米晶带材用量少，磁路结构对称性高，使其具有磁路损耗相对较小，高频下震动较小，磁场对称性较高等优点。

4)本发明中激磁绕组由铜箔线绕指而成，确保在频率较高的情况下，损耗的合理性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为。

Claims (2)

1.一种考虑应力下的纳米晶高频磁特性检测装置，其特征在于，包括考虑应力下的纳米晶高频旋转磁特性检测装置、功率放大器、差分放大电路以及数字信号处理单元；数字信号处理单元发出激磁信号，信号通过功率放大器以后加入到磁特性检测装置的激磁绕组部分，对样品进行激磁，使其充分磁化；然后附着在样品表面的B-H传感线圈收集信号，传送至数字信号处理单元，从而生成样品的B-H曲线；所述纳米晶高频旋转磁特性检测装置，包括磁路为由两个U型的磁芯交错90°对插组成，磁芯由纳米晶带材绕指切割而成、四个方型激磁绕组固定在磁芯顶端，与样品紧密接触、下部磁芯通过卡扣固定在支架上，待测样品放在两个磁芯中间，对称放置、在样品两边分别施加液压夹具，对样品施加应力、上部磁芯通过可调节脱扣固定在支架上，通过脱扣的高度调节，压紧测试样品；四个所述激磁绕组完全相同，每一所述激磁绕组均包括进出线端子、第一层绕组、第二层绕组和第三层绕组；每层绕组匝数不同，匝数数量逐步递增不同层绕组之间进行绝缘处理或通过进出线串并联连接；所述第一层绕组、所述第二层绕组和所述第三层绕组分层绕制在磁芯上，所述第一层绕组紧密接触磁芯；所述第一层绕组、所述第二层绕组和所述第三层绕组上均安装有进出线端子，不同激磁绕组之间、同一激磁绕组不同层之间均通过进出线端子连接；绕组共有七中连接方式，即：连接每个激磁绕组的第一、第二、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第二、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第一、第三层绕组；连接每个激磁绕组的第一、第二层绕组；连接每个激磁绕组的第一层绕组；连接每个激磁绕组的第二层绕组；连接每个激磁绕组的第三层绕组。

2.一种考虑应力下的纳米晶高频磁特性测量方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的考虑应力下的纳米晶高频磁特性检测装置，包括以下步骤：

步骤一：选择一种绕组连接方式；

步骤二：将测试样品放置两个磁芯之间，调节上部磁芯，使其与测试样品紧密接触， 通过液压夹具，夹紧样品，在横向施加应力；

步骤三：应力施加完成后，数字信号处理单元输出给定频率的激磁信号加载到激磁线圈上，在样品中心形成均匀的圆形磁场；

步骤四：通过B-H复合线圈传感器测量样品中的磁通密度和磁场强度，判断样品是否达到饱和；

步骤五：如果样品未达到饱和，提高激磁强度，重复步骤二、三，直至样品饱和；

步骤六：更换绕组连接方式，重复步骤二、三、四、五，直至检测完成所有类型的连接方式；

步骤七：根据上述过程，确定各种连接方式下装置的检测频段；

步骤八：根据不同的检测频率选择绕组连接方式。

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