CN114137454A

CN114137454A - 用于测量电工钢片的二维磁性能的系统及方法

Info

Publication number: CN114137454A
Application number: CN202111404409.6A
Authority: CN
Inventors: 周新华; 李秀章
Original assignee: Changsha Tunkia Measurement And Control Technology Co ltd
Current assignee: Changsha Tunkia Measurement And Control Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2022-03-04

Abstract

本发明公开了一种用于测量电工钢片的二维磁性能的系统及方法，所述系统通过将承载待测样品的托盘与旋转机构连接，在测量各个角度的二维磁性能时只需控制旋转机构驱动待测样品转动，旋转机构的负载很小，旋转机构的制作较为简单。而且，励磁测量线圈是绕制在托盘的外围，而不是在磁轭上，这样使得待测样品相当于处于一个均匀的螺线管中，磁场更加均匀，保证了磁场测量的准确性，并且励磁源不需要像RSST一样要保证两路励磁机构的相位差的准确度，从而使得励磁源的制作更加简单，降低了制作的成本和门槛。同时，不需要对待测样品打孔来绕制线圈，待测样品无破坏，可以保证待测样品的完整性以及数据的重复性和可对比性，测量结果更可靠。

Description

用于测量电工钢片的二维磁性能的系统及方法

技术领域

本发明涉及电工钢片的二维磁性能测量技术领域，特别地，涉及一种用于测量电工钢片的二维磁性能的系统及方法。

背景技术

由于新能源汽车和电力行业的发展，电工钢片的品质测量要求越来越高，对电工钢片的检测已经不仅局限于测量轧制方向和横向的磁性能水平，还对电工钢片的旋转功率损耗提出了测量要求，电工钢片的旋转功率损耗不仅仅限于常用于电机制作的无取向钢，在三相变压器联合部分也会有旋转磁场，所以晶粒取向钢的取向度测试也被当成研究课题。大部分磁性材料都会表现出各向异性，这就意味着它们的磁性能取决于磁化的方向，而电工钢的制造商一般只会在一个优选方向(一般是轧制方向)上给出相应的磁性能数据报告，并且很多磁性设备也没有将各向异性对磁性能测量的影响考虑进去。目前，常见的二维磁性能测量方式有三种，第一种是多角度取样测试测量，其通过将钢带与轧制方向分别旋转一定的角度，每旋转一个角度则制成单片试样，然后将多个单片试样依次置于单片测试仪中进行测试；如图1所示，第二种是最常用的矢量合成旋转磁场测量，该测量原理是采用Brix等提出的旋转单片测试仪(RSST)，该设备将正方形样品100放置在两个互相垂直的磁化轭铁中心，在正方形样品100中间部分放置嵌入式H线圈102和探针式传感器101，然后通过对两对轭铁施加相差90°相角的信号来产生旋转磁场，上述的传感器测量的信号合成计算，从而获得样品的旋转功率损耗；如图2所示，第三种是通过电脑控制磁轭旋转来改变磁场的方向，使用紧贴样品表面的H线圈(包括x方向H线圈200和y方向H线圈201)检测出相对轧制方向的磁场分量，在样品上打四个小孔，绕制单匝B线圈(包括x方向B线圈202和y方向B线圈203)检测样品相对轧制方向的磁感分量，从而获取样品二维磁性能数据。

但是，第一种测量方式需要进行多角度制样，制样复杂，难以控制制样角度精度，且浪费材料，也很难实现0～360°全角度的测量，实施起来几乎不可能。第二种测量方式是常用的二维磁性能测量方式，但是问题点也很明显，首先放置的样片尺寸很小，测试的区域也只有30mm×30mm，不具代表性，制样复杂，无论是探针式传感器测量磁感，还是打孔绕制线圈测量磁感，都会对样品造成破坏性影响，测试数据受样品破坏程度影响，可对比性将变差，同时该机构必须保证两个励磁源相位的精准匹配，否则励磁磁场的相位差会造成测量数据的偏差。第三种测量方式是通过旋转磁轭来改变磁场方向，由于磁轭的重量导致旋转机构偏大，制作复杂，同时励磁线圈是绕制在磁轭上面，通过测试可以发现，当锁定B线圈进行测试的时候，由于励磁机构在磁轭上面，当磁场转到样品上面时，如果样品饱和，那么磁轭就会出现漏磁，此时样品上测量到的波形已经完全失真，没有对测量B线圈进行波形反馈，那么在测量高磁感点时波形系数增大，测量得到的铁损等磁性能参数就会恶化，不同样品之间就无法进行对比，而且，同样该机构上B线圈是通过对样品进行打孔绕制测量的，这无疑使得测量流程变得复杂化，同时对样品破坏性的测试使得样品之间数据对比变得不可靠。

发明内容

本发明提供了一种用于测量电工钢片的二维磁性能的系统及方法，以解决现有技术存在的上述缺点。

根据本发明的一个方面，提供一种用于测量电工钢片的二维磁性能的系统，包括旋转机构、托盘、励磁测量线框和磁轭，所述托盘用于放置待测样品，所述旋转机构与所述托盘连接，用于承载所述托盘并驱动所述托盘沿竖直轴线旋转，所述励磁测量线框固定地设置在所述托盘的外围，用于对所述待测样品进行励磁并对磁场强度和磁感应强度进行测量，所述待测样品位于所述励磁测量线框的内空中，使得所述待测样品在旋转过程中不与所述励磁测量线框干涉，所述磁轭设置在所述待测样品上以形成闭合的磁路。

进一步地，所述励磁测量线框包括由内至外依次绕制的H线圈、B线圈和励磁线圈，所述励磁线圈用于与电源连接以进行励磁，通过测量所述H线圈的信号可测得磁场强度，通过测量所述B线圈的信号可测得磁感应强度。

进一步地，所述待测样品为方形样品，所述励磁测量线框的内空长度大于所述待测样品的对角线长度。

进一步地，所述系统还包括与所述磁轭连接并用于驱动所述磁轭上下升降的第一驱动机构，当完成当前角度下的磁场参数测量时，控制所述第一驱动机构驱动所述磁轭抬起，在控制所述旋转机构转动预设角度后，再控制所述第一驱动机构驱动所述磁轭下放至所述待测样品上。

进一步地，所述第一驱动机构采用气缸进行驱动。

进一步地，所述励磁测量线框采用两段式串联结构。

进一步地，所述系统还包括外壳，所述旋转机构、所述托盘和所述励磁测量线框均位于所述外壳内，所述磁轭至少部分位于所述外壳内，所述旋转机构和所述励磁测量线框均固定在一个安装座上，所述安装座可滑动地安装在所述外壳内的滑轨上。

进一步地，所述系统还包括用于推动所述安装座沿滑轨滑动的第二驱动机构，在进行测量前，先控制所述第二驱动机构推动所述安装座沿滑轨滑出所述外壳，将所述待测样品放入所述托盘上且位于所述励磁测量线框的内空中后，再控制所述第二驱动机构拉动所述安装座归位。

另外，本发明还提供一种采用如上所述的系统测量电工钢片的二维磁性能的方法，，包括以下步骤：

在上位机中设置好待测样品的待测参数、测试点和测试角度；

根据设置好的测试点，控制电源波形反馈锁定输出至相应的多个测试点，完成第一个角度下多个测试点的磁场强度测量和磁感应强度测量；

控制旋转机构驱动托盘旋转至下一个角度，完成下一个角度下多个测试点的测量，重复执行上述内容，直至完成所有测试角度下多个测试点的测量；

绘制出待测样品在不同角度下的磁滞回线，进而绘制出全角度的磁性能参数曲线图。

进一步地，在控制旋转机构驱动托盘旋转之前需控制第一驱动机构驱动磁轭抬起，并在托盘旋转至下一个角度后控制第一驱动机构驱动磁轭下放至待测样品上。

本发明具有以下效果：

本发明的用于测量电工钢片的二维磁性能的系统通过将承载待测样品的托盘与旋转机构连接，在测量各个角度的二维磁性能时只需控制旋转机构驱动待测样品转动，旋转机构的负载很小，旋转机构的制作较为简单。而且，励磁测量线圈是绕制在托盘的外围，而不是在磁轭上，这样使得待测样品相当于处于一个均匀的螺线管中，磁场更加均匀，保证了磁场测量的准确性，并且励磁源不需要像RSST一样要保证两路励磁机构的相位差的准确度，从而使得励磁源的制作更加简单，降低了制作的成本和门槛。同时，不需要对待测样品打孔来绕制线圈，待测样品无破坏，可以保证待测样品的完整性以及数据的重复性和可对比性，测量结果更可靠。

另外，本发明的用于测量电工钢片的二维磁性能的方法同样具有上述优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有的水平型RSST采用矢量合成旋转磁场进行磁性能测量的示意图。

图2是现有的磁轭旋转式测量装置进行磁性能测量的示意图。

图3是本发明优选实施例的用于测量电工钢片的二维磁性能的系统的结构示意图。

图4是本发明另一实施例的用于测量电工钢片的二维磁性能的方法的流程示意图。

附图标记说明

100、正方形样品；101、探针式传感器；102、嵌入式H线圈；200、x方向H线圈；201、y方向H线圈；202、x方向B线圈；203、y方向B线圈；300、旋转机构；400、待测样品；500、磁轭；600、励磁测量线框；601、H线圈；602、B线圈；603、励磁线圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图3所示，本发明的优选实施例提供一种用于测量电工钢片的二维磁性能的系统，包括旋转机构300、托盘(未示出)、励磁测量线框600和磁轭500，所述托盘用于放置待测样品400，所述旋转机构300与所述托盘连接，用于承载所述托盘并驱动所述托盘沿竖直轴线旋转，所述励磁测量线框600固定设置在所述托盘的外围，用于对待测样品400进行励磁并对磁场强度和磁感应强度进行测量，待测样品400位于所述励磁测量线框600的内空中，使得待测样品400在旋转过程中不会与励磁测量线框600干涉，所述磁轭500设置在待测样品400上以形成闭合的磁路。其中，旋转机构300的示例包括但不限于旋转轴、带传动机构等。

可以理解，本实施例的用于测量电工钢片的二维磁性能的系统通过将承载待测样品400的托盘与旋转机构300连接，在测量各个角度的二维磁性能时只需控制旋转机构300驱动待测样品400转动，旋转机构300的负载很小，旋转机构300的制作较为简单。而且，励磁测量线圈是绕制在托盘的外围，而不是在磁轭500上，这样使得待测样品400相当于处于一个均匀的螺线管中，磁场更加均匀，保证了磁场测量的准确性，并且励磁源不需要像RSST一样要保证两路励磁机构的相位差的准确度，从而使得我们励磁源的制作更加简单，降低了制作的成本和门槛。同时，不需要对待测样品400打孔来绕制线圈，待测样品400无破坏，可以保证待测样品400的完整性以及数据的重复性和可对比性，测量结果更可靠。

具体地，所述励磁测量线框600包括由内至外依次绕制的H线圈601、B线圈602和励磁线圈603，所述励磁线圈603用于与电源连接以进行励磁，通过测量H线圈601的信号可测得磁场强度，通过测量B线圈602的信号可测得磁感应强度。其中，所述励磁线圈603与外部励磁源连接，H线圈601和B线圈602则与分析设备连接。

可以理解，通过将B线圈602绕制在励磁线圈603内侧，依然是包裹着样品，这样B线圈602的匝数可以绕制足够多，信号足够大，保证了数据的测量精度，并且将H线圈601设置在励磁测量线框600的底部，紧贴样品的上方，保证了磁场测量的准确性，不需要样品打孔这种破坏式来测量样品的磁感，数据对比测量更加有说服力。

可选地，由于在多角度测量过程中，励磁测量线框600是固定不动的，待测样品400是随旋转机构300转动的，为保证待测样品400在旋转过程中不会与励磁测量线框600干涉，当待测样品400为方形样品时，所述励磁测量线框600的内空长度大于方形样品的对角线长度。例如，待测样品400的尺寸为300mm，则励磁测量线框600的内空长度为430mm，从而保证待测样品400在旋转过程中不会与励磁测量线框600发生干涉。

可选地，为了进一步保证待测样品400旋转时，旋转轴不与励磁测量线框600发生干涉，所述励磁测量线框600采用两段式串联结构，另外，旋转轴要尽量小，从而保证在真实地测量样品磁感的同时又能旋转测量不同角度下样品的磁性能数据。

可选地，所述系统还包括与所述磁轭500连接并用于驱动所述磁轭500上下升降的第一驱动机构，当完成当前角度下的磁场参数测量时，控制所述第一驱动机构驱动所述磁轭500抬起，在控制旋转机构300转动预设角度后，再控制所述第一驱动机构驱动所述磁轭500下放至待测样品400上。在进行磁性能测量时，磁轭500是压在待测样品400上面来保证一个闭合的磁路，当需要更换角度测量样品性能时，只需要控制第一驱动机构抬起磁轭500，再控制旋转机构300驱动样品转动预设角度，再放下磁轭500即可进行不同角度的磁性能测量，由于机械结构的精准度和可重复性更能保证测量的重复性和精度。其中，所述第一驱动机构优选采用气缸进行驱动，当然，在本发明的其它实施例中也可以采用电动伸缩杆。

可选地，所述系统还包括外壳，所述旋转机构300、托盘和励磁测量线框600均位于所述外壳内，所述磁轭500至少部分位于所述外壳内，所述旋转机构300和励磁测量线框600均固定在一个安装座上，安装座可滑动地安装在所述外壳内的滑轨上。通过将测量结构设置在外壳内，可以防止外部电磁场的干扰，进一步保证了测量的准确度，而且，旋转机构300和励磁测量线框600采用可滑动结构进行安装，便于将与旋转机构300连接的托盘推出以进行待测样品400的取放，操作十分方便。另外，所述系统还包括用于推动所述安装座沿滑轨滑动的第二驱动机构，在进行测量前，先控制所述第二驱动机构推动所述安装座沿滑轨滑出所述外壳，将样品放入所述托盘上且位于所述励磁测量线框600的内空中后，再控制所述第二驱动机构拉动所述安装座归位。其中，所述第二驱动机构也可以采用气缸驱动或者电动伸缩杆驱动。

另外，如图4所示，本发明的另一实施例还提供了一种用于测量电工钢片的二维磁性能的方法，优选采用如上所述的系统，包括以下步骤：

步骤S1：在上位机中设置好待测样品400的待测参数、测试点和测试角度；

步骤S2：根据设置好的测试点，控制电源波形反馈锁定输出至相应的多个测试点，完成第一个角度下对应多个测试点的磁场强度测量和磁感应强度测量；

步骤S3：控制旋转机构300驱动托盘旋转至下一个角度，完成下一个角度下对应多个测试点的测量，重复执行上述内容，直至完成所有测试角度下多个测试点的测量；

步骤S4：绘制出待测样品400在不同角度下的磁滞回线，进而绘制出全角度的磁性能参数曲线图。

可以理解，本实施例的用于测量电工钢片的二维磁性能的方法通过将承载待测样品400的托盘与旋转机构300连接，在测量各个角度的二维磁性能时只需控制旋转机构300驱动待测样品400转动，旋转机构300的负载很小，旋转机构300的制作较为简单。而且，励磁测量线圈是绕制在托盘的外围，而不是在磁轭500上，这样使得待测样品400相当于处于一个均匀的螺线管中，磁场更加均匀，保证了磁场测量的准确性，并且励磁源不需要像RSST一样要保证两路励磁机构的相位差的准确度，从而使得我们励磁源的制作更加简单，降低了制作的成本和门槛。同时，不需要对待测样品400打孔来绕制线圈，待测样品400无破坏，可以保证待测样品400的完整性以及数据的重复性和可对比性，测量结果更可靠。另外，采用上位机控制自动旋转测量，不仅保证了测量的重复性、可靠性，还提高测量的效率。

可选地，在控制旋转机构300驱动托盘旋转之前需控制第一驱动机构驱动磁轭500抬起，并在托盘旋转至下一个角度后控制第一驱动机构驱动磁轭500下放至待测样品400上。

可以理解，作为一个示例说明具体的测量过程：先在上位机软件中设置好样品的待测参数、测试点及测试角度，发送命令给第一驱动机构将磁轭500抬起来，再控制第二驱动机构将托盘推出外壳，手动放入待测样品400，再控制第二驱动机构将带有样品的托盘归位，控制第一驱动机构放下磁轭500。然后，根据用户设置好的测试点，上位机软件控制电源波形反馈锁定输出到相应的测试点，测试完第一个角度下相应的测试点后，电源归零并控制第一驱动机构抬起磁轭500，再控制旋转机构300旋转样品至设置好的角度，再次控制第一驱动机构放下磁轭500继续测试相应的测试点，如此反复直至所有点测试完毕。在测量过程中通过测试B线圈602的信号和H线圈601的信号，并且通过反馈锁定B线圈602的波形，从而保证测量线圈的正弦，具体通过B线圈602的测量电压U₂和H线圈601的测量电压U_H可以推算出B信号和H信号，计算公式具体为：

其中，H表示磁场强度，u₀表示真空磁导率，为4π×10^-7Wb/(A·m)，S_H表示H线圈的面积，单位为m²，J表示磁极化强度，N₂表示B线圈的匝数，S₂表示B线圈的单匝面积，单位为m²。

由此，可绘制出待测样品在不同励磁角度下的磁滞回线，最终通过上位机软件绘制出全角度的磁性能参数曲线图。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于测量电工钢片的二维磁性能的系统，其特征在于，所述系统包括旋转机构、托盘、励磁测量线框和磁轭，所述托盘用于放置待测样品，所述旋转机构与所述托盘连接，用于承载所述托盘并驱动所述托盘沿竖直轴线旋转，所述励磁测量线框固定地设置在所述托盘的外围，用于对所述待测样品进行励磁并对磁场强度和磁感应强度进行测量，所述待测样品位于所述励磁测量线框的内空中，使得所述待测样品在旋转过程中不与所述励磁测量线框干涉，所述磁轭设置在所述待测样品上以形成闭合的磁路。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述励磁测量线框包括由内至外依次绕制的H线圈、B线圈和励磁线圈，所述励磁线圈用于与电源连接以进行励磁，通过测量所述H线圈的信号可测得磁场强度，通过测量所述B线圈的信号可测得磁感应强度。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述待测样品为方形样品，所述励磁测量线框的内空长度大于所述待测样品的对角线长度。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述磁轭连接并用于驱动所述磁轭上下升降的第一驱动机构，当完成当前角度下的磁场参数测量时，控制所述第一驱动机构驱动所述磁轭抬起，在控制所述旋转机构转动预设角度后，再控制所述第一驱动机构驱动所述磁轭下放至所述待测样品上。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一驱动机构采用气缸进行驱动。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述励磁测量线框采用两段式串联结构。

7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括外壳，所述旋转机构、所述托盘和所述励磁测量线框均位于所述外壳内，所述磁轭至少部分位于所述外壳内，所述旋转机构和所述励磁测量线框均固定在一个安装座上，所述安装座可滑动地安装在所述外壳内的滑轨上。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于推动所述安装座沿滑轨滑动的第二驱动机构，在进行测量前，先控制所述第二驱动机构推动所述安装座沿滑轨滑出所述外壳，将所述待测样品放入所述托盘上且位于所述励磁测量线框的内空中后，再控制所述第二驱动机构拉动所述安装座归位。

9.一种采用如权利要求1～8中任一项所述的系统测量电工钢片的二维磁性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在控制旋转机构驱动托盘旋转之前需控制第一驱动机构驱动磁轭抬起，并在托盘旋转至下一个角度后控制第一驱动机构驱动磁轭下放至待测样品上。