CN113156349A - 一种材料磁致机械特性的测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁致机械特性的测量领域。本发明公开了一种材料磁致机械特性的测量方法和装置，其中，材料磁致机械特性的测量方法包括如下步骤：S1，获取电阻应变片，将电阻应变片放置在变化磁场中，标定出该电阻应变片输出的感应电压与变化磁场的磁通密度的对应关系；S2，将该电阻应变片安装在待测材料的待测表面上，对待测材料施加交变磁场进行励磁，给该电阻应变片提供工作电源，通过该电阻应变片的电阻变化信号得出待测材料的应变，同时通过该电阻应变片输出的感应电压结合步骤S1的对应关系，得出对应的磁通密度。本发明采用电阻应变片同时测量应变和磁通密度，使得传感器数量和引线数量减小一半，降低测量成本，同时并不影响测量结果的精确度。
Description
技术领域
本发明属于磁致机械特性的测量领域，具体地涉及一种材料磁致机械特性的测量方法和装置。
背景技术
在研究磁性材料磁致机械特性的过程中，通常要对材料内部磁通密度和材料各个方向的应变进行测量。目前普遍采用在材料样品表面安装磁场感应线圈(传感器)进行磁通密度测量和安装应变片(传感器)进行应变测量的方法，该方法所需的传感器数量多，引线多，成本高，操作较困难。
如图1示出了在材料样品10的3个表面(X表面、Y表面和Z表面)上分别安装磁场感应线圈12和应变片11的情况，则共需要6个传感器，在测量的实施过程中，每个传感器需要2根引线，6个传感器一共需要12根引线，更进一步，为了提高材料磁通密度测量的精度，研究者会在材料样品10的每个面都安装磁场感应线圈和应变片，如图1中材料样品10的6个表面都安装磁场感应线圈和应变片，则共需要12个传感器，导致总的引线数量翻倍，达到24根，而且测量的信号达到12路，不仅成本高，同时给测量过程的实施带来了很大的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种材料磁致机械特性的测量方法和装置用以解决上述存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种材料磁致机械特性的测量方法，包括如下步骤：
S1，获取电阻应变片，将电阻应变片放置在变化磁场中，标定出该电阻应变片输出的感应电压与变化磁场的磁通密度的对应关系；
S2，将该电阻应变片安装在待测材料的待测表面上，对待测材料施加交变磁场进行励磁，给该电阻应变片提供工作电源，通过该电阻应变片的电阻变化信号得出待测材料的应变，同时通过该电阻应变片输出的感应电压结合步骤S1的对应关系，得出对应的磁通密度。
进一步的，所述变化磁场为交变磁场。
更进一步的，步骤S1中，标定出该电阻应变片输出的感应电压与变化磁场的磁通密度的对应关系具体方法为：将电阻应变片放置在交变磁场中，测量交变磁场的磁通密度B和该电阻应变片输出的感应电压VB，通过公式
可得出该电阻应变片的线圈系数KB，从而得出了该电阻应变片输出的感应电压与交变磁场的磁通密度的对应关系，其中，t为时间。
更进一步的，步骤S1中，采用高斯计测量交变磁场的磁通密度B。
进一步的，步骤S1中，进行多次测量，得出多组该电阻应变片的线圈系数KB0，对多组线圈系数KB0求平均值作为最终的电阻应变片的线圈系数KB。
进一步的，所述电阻应变片为采用金属丝构成敏感栅的电阻应变片。
进一步的，步骤S2中，该电阻应变片的数量为三个，分别安装在待测材料的X表面、Y表面和Z表面上。
进一步的，步骤S2具体为：将该电阻应变片安装在待测材料的待测表面上，对待测材料施加交变磁场进行励磁，给该电阻应变片提供工作电源，采集该电阻应变片的输出电压信号，从输出电压信号中提取出感应电压信号和由电阻变化产生的电压变化信号，通过电压变化信号得出待测材料的应变，通过感应电压信号结合步骤S1的对应关系，得出对应的磁通密度。
本发明还提供了一种材料磁致机械特性的测量装置，采用上述的材料磁致机械特性的测量方法进行测量。
本发明的有益技术效果：
本发明采用电阻应变片实现同时测量材料的应变和磁通密度，使得传感器数量减少一半，减少引线数量，降低测量成本，同时也减少了在测量过程中由于采集装置过多产生的误差，使测量的结果更加精确。
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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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他的附图。
图1为现有的对材料内部磁通密度和材料各个方向的应变进行测量的示意图；
图2为本发明具体实施例的方法流程图；
图3为本发明具体实施例的对待测材料的3个表面进行测量的示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图2所示，一种材料磁致机械特性的测量方法，包括如下步骤：
S1，获取电阻应变片，将电阻应变片放置在变化磁场中，标定出该电阻应变片输出的感应电压与变化磁场的磁通密度的对应关系。
本具体实施例中，电阻应变片为采用金属丝构成敏感栅的电阻应变片，其中金属丝形成了磁场感应线圈，当处于变化磁场中，会有相应的感应电动势(感应电压)输出。当然，在其它实施例中，电阻应变片也可以金属箔腐蚀成栅型的电阻应变片或其它电阻应变片。
本具体实施例中，变化磁场优选为交变磁场，交变磁场指周期性变化的磁场，即由交流电激发的磁场，周期性好，易于测量，但并不限于此，在其它实施例中，也可以是其它的变化磁场。
本实施例中，交变磁场可由螺线管来产生，结构简单，易于实现，均匀性较好，但并不限于此。
将电阻应变片放置在交变磁场中，电阻应变片的敏感栅与交变磁场垂直，则电阻应变片会有感应电压输出。
测量出该交变磁场的磁通密度B，同时采集该电阻应变片输出的感应电压VB，由法拉第电磁感应定理可得出公式(1)，
通过公式(1)以及测量到磁通密度B和采集到的感应电压VB，可得出该电阻应变片的线圈系数KB，从而得出了该电阻应变片输出的感应电压与交变磁场的磁通密度的对应关系(即公式1)，其中，t为时间。
本具体实施例中，采用高斯计测量交变磁场的磁通密度B，结构简单，易于实现，但并不限于此。
进一步的，本实施例中，进行多次上述的测量，得出多组该电阻应变片的线圈系数KB0，对多组线圈系数KB0求平均值作为最终的电阻应变片的线圈系数KB，进一步减少误差，提高测量精确度。
S2，将该电阻应变片安装在待测材料的待测表面上，对待测材料施加交变磁场进行励磁，给该电阻应变片提供工作电源，通过该电阻应变片的电阻变化信号得出待测材料的应变，同时通过该电阻应变片输出的感应电压结合步骤S1的对应关系，得出对应的磁通密度。
具体的，将该电阻应变片安装在待测材料的待测表面上，采用励磁线圈产生交变磁场对待测材料进行励磁。励磁线圈的激励信号可以由波形发生器产生，并经过功率放大器放大后输出给励磁线圈。
优选的，待测表面的磁场方向与待测表面垂直，提高测量精确度。当然，在一些实施例中，待测表面的磁场方向也可以不与待测表面完全垂直。
优选的，本实施例中，给该电阻应变片提供直流工作电源，易于测量该电阻应变片由于应变引起电阻变化而产生的电压变化信号，但并不限于。
采集该电阻应变片的输出电压信号，该输出电压信号包括由于磁场变化产生的感应电压信号和由于应变引起电阻变化而产生的电压变化信号，将感应电压信号和电压变化信号分别提取出来，则通过电压变化信号得出待测材料的应变力(这也是现有的应变片检测应变的方法，具体可以参考现有技术，不再详细说明)，通过感应电压信号结合步骤S1的公式(1)，得出对应的磁通密度，从而实现采用电阻应变片同时测量材料的应变和磁通密度，使得传感器数量减少一半，减少引线数量，降低测量成本，同时也减少了在测量过程中由于采集装置过多产生的误差，使测量的结果更加精确。
如在图3中，要对材料样品20的3个表面(X表面、Y表面和Z表面)进行测量应变和磁通密度，则只需在材料样品20的X表面、Y表面和Z表面分别安装一个电阻应变片21即可，然后采用上述的测量方法，即可得到材料样品20的X表面、Y表面和Z表面的磁通密度和应变信号，实现材料磁致机械特性的测量，且传感器由原来的6个减少为3个，引线从原来的12根降为6根，大大减少了传感器和引线数量，降低测量成本，同时也减少了在测量过程中由于采集装置过多产生的误差，使测量的结果更加精确。
建立励磁电流与磁通密度的关系模型，即可研究与磁通密度有关的问题，通过对磁通密度和应变力进行建模分析，可以得到材料磁致机械特性。
本发明还提供了一种材料磁致机械特性的测量装置，采用上述的材料磁致机械特性的测量方法进行测量。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种材料磁致机械特性的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，获取电阻应变片，将电阻应变片放置在变化磁场中，标定出该电阻应变片输出的感应电压与变化磁场的磁通密度的对应关系；
S2，将该电阻应变片安装在待测材料的待测表面上，对待测材料施加交变磁场进行励磁，给该电阻应变片提供工作电源，通过该电阻应变片的电阻变化信号得出待测材料的应变，同时通过该电阻应变片输出的感应电压结合步骤S1的对应关系，得出对应的磁通密度。
2.根据权利要求1所述的材料磁致机械特性的测量方法，其特征在于：所述变化磁场为交变磁场。
3.根据权利要求2所述的材料磁致机械特性的测量方法，其特征在于：步骤S1中，标定出该电阻应变片输出的感应电压与变化磁场的磁通密度的对应关系具体方法为：将电阻应变片放置在交变磁场中，测量交变磁场的磁通密度B和该电阻应变片输出的感应电压VB，通过公式
可得出该电阻应变片的线圈系数KB，从而得出了该电阻应变片输出的感应电压与交变磁场的磁通密度的对应关系，其中，t为时间。
4.根据权利要求3所述的材料磁致机械特性的测量方法，其特征在于，步骤S1中，采用高斯计测量交变磁场的磁通密度B。
5.根据权利要求3所述的材料磁致机械特性的测量方法，其特征在于，步骤S1中，进行多次测量，得出多组该电阻应变片的线圈系数KB0，对多组线圈系数KB0求平均值作为最终的电阻应变片的线圈系数KB。
6.根据权利要求1所述的材料磁致机械特性的测量方法，其特征在于：所述电阻应变片为采用金属丝构成敏感栅的电阻应变片。
7.根据权利要求1所述的材料磁致机械特性的测量方法，其特征在于，步骤S2中，该电阻应变片的数量为三个，分别安装在待测材料的X表面、Y表面和Z表面上。
8.根据权利要求1所述的材料磁致机械特性的测量方法，其特征在于，步骤S2具体为：将该电阻应变片安装在待测材料的待测表面上，对待测材料施加交变磁场进行励磁，给该电阻应变片提供工作电源，采集该电阻应变片的输出电压信号，从输出电压信号中提取出感应电压信号和由电阻变化产生的电压变化信号，通过电压变化信号得出待测材料的应变，通过感应电压信号结合步骤S1的对应关系，得出对应的磁通密度。
9.一种材料磁致机械特性的测量装置，其特征在于：采用权利要求1-8任意一项所述的材料磁致机械特性的测量方法进行测量。
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