CN115561686A - 脉冲磁性测量装置和方法 - Google Patents

脉冲磁性测量装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115561686A
CN115561686A CN202211225037.5A CN202211225037A CN115561686A CN 115561686 A CN115561686 A CN 115561686A CN 202211225037 A CN202211225037 A CN 202211225037A CN 115561686 A CN115561686 A CN 115561686A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
pulse
sample
reverse
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211225037.5A
Other languages
English (en)
Inventor
陆俊
郗学奎
许志一
王利晨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Photoelectric Technology Co ltd
Institute of Physics of CAS
Original Assignee
Beijing Photoelectric Technology Co ltd
Institute of Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Photoelectric Technology Co ltd, Institute of Physics of CAS filed Critical Beijing Photoelectric Technology Co ltd
Priority to CN202211225037.5A priority Critical patent/CN115561686A/zh
Publication of CN115561686A publication Critical patent/CN115561686A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/14—Measuring or plotting hysteresis curves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本发明涉及脉冲磁性测量装置和方法。一种脉冲磁性测量方法包括：产生预置脉冲磁场以将样品的磁化置于预定方向；产生与预置脉冲磁场方向相反的第一反向脉冲磁场，并且测量第一反向脉冲磁场的磁场强度H值和样品在第一反向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第一反向JH关系曲线；产生与第一反向脉冲磁场方向相同的第二同向脉冲磁场，并且测量第二同向脉冲磁场的磁场强度H值和样品在第二同向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第二同向JH关系曲线；将第一反向JH关系曲线和第二同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线作为样品的第一半轴磁滞回线。

Description

脉冲磁性测量装置和方法
技术领域
本发明总体上涉及磁测量技术领域，更特别地，涉及一种脉冲磁性测量装置和方法。
背景技术
脉冲磁性测量技术是用于测量磁性样品(尤其是高矫顽力样品，例如永磁材料等)的磁滞回线(即J(H)关系曲线或B(H)关系曲线，也称为饱和退磁曲线)的常用方法之一。磁性样品的诸多磁性参数，例如饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力、磁能积、退磁曲线方形度等，都可以在磁滞回线上测量得到。脉冲磁性测量技术的基本原理是利用磁场发生器产生的强脉冲磁场来磁化待测样品，记录并处理磁场强度和样品磁化状态，从而获得磁滞回线。采用常规导电材料制成的脉冲磁场发生装置，通过限制脉冲宽度可以获得高达16000～24000kA/m的高强磁场，其成本远远低于超导磁化装置获得4000kA/m的磁场所需的费用，因此可以以较低的成本满足高矫顽力样品的磁性测量需求。
然而，在目前的脉冲磁性测量技术中，仍然存在许多问题，其会影响测量精度。例如，由于脉冲磁场会引起动态效应，样品内部产生的涡流会产生额外磁场，影响样品的磁化强度测量结果。此外，样品形状会影响样品的退磁因子，导致退磁场的测量差异。这些因素使得测量结果受到影响，并不能完全反应材料本身的内秉属性。
因此，仍需要对脉冲磁性测量技术进行进一步的改进，以不断提高测量精度。
发明内容
本申请的一个方面提供一种脉冲磁性测量装置，包括：励磁线圈，用于产生脉冲磁场；电容器组，用于向所述励磁线圈施加电流，以产生所述脉冲磁场；脉冲换向模块，用于控制所述电容器组向所述励磁线圈施加的电流的方向，以产生正向脉冲磁场或负向脉冲磁场；测量线圈，包括用于测量所述脉冲磁场的磁场强度H的H线圈和用于测量在所述脉冲磁场中的样品的磁极化强度J的J线圈；第一积分器，用于对所述H线圈输出的电压信号随时间进行积分，以获得表示所述脉冲磁场的磁场强度H的H信号；第二积分器，用于对所述J线圈输出的电压信号随时间进行积分，以获得表示所述样品的磁极化强度J的J信号；模数转换器，用于将所述H信号和所述J信号从模拟信号转换成数字信号；以及数据处理单元，用于对转换成数字信号的所述H信号和所述J信号进行信号处理，以获得样品的JH关系曲线。其中，在所述脉冲换向模块的控制下，所述励磁线圈先产生一预置脉冲磁场，以将所述样品的磁化置于预定方向；然后产生与所述预置脉冲磁场方向相反的第一反向脉冲磁场，以测量所述样品的第一反向JH关系曲线；然后产生与所述第一反向脉冲磁场方向相同的第二同向脉冲磁场，以测量所述样品的第二同向JH关系曲线。所述数据处理单元将所述第一反向JH关系曲线和所述第二同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线，作为所述样品的第一半轴磁滞回线。
在一实施例中，所述数据处理单元还基于所述第一半轴磁滞回线确定对称的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线，所述第一半轴磁滞回线和所述第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
在一实施例中，在所述脉冲换向模块的控制下，所述励磁线圈还产生与所述第二同向脉冲磁场方向相反的第三反向脉冲磁场，以测量所述样品的第三反向JH关系曲线；然后产生与所述第三反向脉冲磁场方向相同的第四同向脉冲磁场，以测量所述样品的第四同向JH关系曲线。所述数据处理单元还将所述第三反向JH关系曲线和所述第四同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线，作为所述样品的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线。所述第一半轴磁滞回线和所述第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
在一实施例中，所述第一反向脉冲磁场和所述第二同向脉冲磁场具有相同的脉冲宽度、幅度和形状，所述第三反向脉冲磁场和所述第四同向脉冲磁场具有相同的脉冲宽度、幅度和形状，所述第三反向脉冲磁场和所述第四同向脉冲磁场具有与所述第一反向脉冲磁场和所述第二同向脉冲磁场不同的脉冲宽度。
在一实施例中，所述样品为圆柱形，并且具有1.125±5％范围内的长径比。
本申请的另一方面提供一种脉冲磁性测量方法，包括：产生一预置脉冲磁场，以将样品的磁化置于预定方向；产生与所述预置脉冲磁场方向相反的第一反向脉冲磁场，并且测量所述第一反向脉冲磁场的磁场强度H值和所述样品在所述第一反向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第一反向JH关系曲线；产生与所述第一反向脉冲磁场方向相同的第二同向脉冲磁场，并且测量所述第二同向脉冲磁场的磁场强度H值和所述样品在所述第二同向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第二同向JH关系曲线；将所述第一反向JH关系曲线和所述第二同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线，作为所述样品的第一半轴磁滞回线。
在一实施例中，所述脉冲磁性测量方法还包括：基于所述第一半轴磁滞回线确定对称的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线，所述第一半轴磁滞回线和所述第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
在一实施例中，所述脉冲磁性测量方法还包括：产生与所述第二同向脉冲磁场方向相反的第三反向脉冲磁场，并且测量所述第三反向脉冲磁场的磁场强度H值和所述样品在所述第三反向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第三反向JH关系曲线；产生与所述第三反向脉冲磁场方向相同的第四同向脉冲磁场，并且测量所述第四同向脉冲磁场的磁场强度H值和所述样品在所述第四同向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第四同向JH关系曲线；将所述第三反向JH关系曲线和所述第四同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线，作为所述样品的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线。所述第一半轴磁滞回线和所述第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
在一实施例中，所述第一反向脉冲磁场和所述第二同向脉冲磁场具有相同的脉冲宽度、幅度和形状，所述第三反向脉冲磁场和所述第四同向脉冲磁场具有相同的脉冲宽度、幅度和形状，所述第三反向脉冲磁场和所述第四同向脉冲磁场具有与所述第一反向脉冲磁场和所述第二同向脉冲磁场不同的脉冲宽度。
在一实施例中，所述样品为圆柱形，并且具有1.125±5％范围内的长径比。
本发明的上述和其他特征和优点将从下面结合附图对具体实施例的描述而变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的脉冲磁性测量装置的示意图。
图2是图1所示的脉冲磁性测量装置中的半导体控制模块114的触发信号和对应的脉冲波形的示意图。
图3是根据本发明一实施例的脉冲磁性测量过程中使用的脉冲磁场的示意图。
图4是根据本发明一实施例的脉冲磁性测量过程中使用正脉冲测量得到的一半磁滞回线的示意图。
图5是根据本发明一实施例的脉冲磁性测量过程中使用正脉冲和负脉冲测量得到的完整磁滞回线的示意图。
图6是圆柱形样品的磁力线的示意图。
图7是在不同的磁化率(或磁导率)下，圆柱形样品的长径比与退磁因子之间的关系曲线图。
图8是根据本发明一实施例的脉冲磁性测量方法的流程图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。注意，附图可能不是按比例绘制的。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
图1是根据本发明一实施例的脉冲磁性测量装置100的示意图。在图1所示的脉冲磁性测量装置100中，使用了一些与现有技术的脉冲磁性测量装置相同的元件或模块，其将在下面简要描述，而重点描述本发明的脉冲磁性测量装置100与现有技术的不同之处。
参照图1，脉冲磁性测量装置100包括供电模块110、电容器组112、半导体控制模块114、脉冲换向模块130和励磁线圈116。
供电模块110可以连接到外部电源，以对电容器组112进行充电，充电时开关101导通，半导体控制模块114断开。半导体控制模块114可以是例如双向双可控硅。可以在相对较长的时间对电容器组112进行充电，使电能积累在电容器组112中。
当完成对电容器组112的充电之后，开关101断开，触发信号同步发送给半导体控制模块114中的正反向可控硅，两只可控硅同步开启，此时电容器组112开始放电，励磁线圈116产生脉冲磁场。电容器组112可以在相对较短的时间内完成放电，产生高电流，从而使得励磁线圈116产生大的脉冲磁场。当电容器组112完成放电时，励磁线圈116产生半个周期(即0-180°)的正弦脉冲磁场，这里也可以称为半波(即半个波长，相对于一个完整周期的正弦曲线而言)脉冲，此时能量积累在励磁线圈116中。
如图2中的(a)小图所示，当施加给半导体控制模块114的触发信号的脉冲宽度大于180°时(即大于180°小于360°)，励磁线圈116的放电电流(或者也可以称为反向充电电流)可以通过反向可控硅传导，对电容器组112反向充电，这样就可以使正反向电路连续导通，生成360°的正弦脉冲波形。放电半周期内线圈耗散以外的电能将重新存储在电容器组112中，供下一次电容器放电使用。
在本发明的一实施例中，如图2中的(b)小图所示，施加给半导体控制模块114的触发信号的脉冲宽度可以小于180°(即大于0°小于180°)，从而当生成正弦半波(0°-180°)脉冲后，励磁线圈116不能对电容器组112进行反向充电。此时，半导体控制模块114对于反向充电电流而言相当于一个很大的电阻，使得励磁线圈116中储存的能量很快被耗散掉，而不会产生反相半波(180°-360°)脉冲。在供电模块110下一次对电容器组112进行充电时，可以利用脉冲换向模块130改变电容器组112施加到励磁线圈116的电流方向，从而可以得到幅值相等的反相(负)半波脉冲。脉冲换向模块130可以实施为例如继电器，其在控制信号的控制下使电容器组112的放电电流沿正向或反向施加给励磁线圈116，如图1所示。
可以理解，这里所示的包括半导体控制模块114的脉冲放电电路仅是示例，还可以采用现有技术中的其他脉冲放电模块，以实现期望的脉冲磁场，例如本发明中使用的半波(即半波长)脉冲磁场。
在测量侧，脉冲磁性测量装置100可包括测量线圈118、J通道积分器120a、H通道积分器120b、模数转换器(ADC)122和数据处理单元124。测量线圈118可包括磁极化强度测量线圈(称为J线圈)和磁场强度测量线圈(称为H线圈)，其分别用于测量样品102的磁极化强度J和样品102所处位置的磁场强度H(即励磁线圈106生成的磁场强度)。在CGS单位制(即厘米-克-秒单位制)中，样品的磁极化强度J的数值等于磁化强度M，因此本文中磁极化强度和磁化强度可以互换使用。J线圈和H线圈可以采用本领域常用的线圈结构，并且H线圈可置于J线圈所处同一结构上。这里为了清楚起见，示出了分开的励磁线圈116、测量线圈118和样品102，但是应理解，在测量时，测量线圈118可以位于励磁线圈116内，样品102可以位于测量线圈118的中心位置处。样品102可以是任何磁材料的样品，在一些实施例中，为了便于演示本发明的原理，样品102可以是具有较大的矫顽力的永磁样品，并且样品102可以制备成具有圆柱形状，其长度h与直径D的比(长径比)可以在1.125±5％的范围内。
测试线圈118的输出信号与感应磁通对时间的微分成正比，其中H线圈的输出电压UH和J线圈的输出电压UJ可以分别由下面的公式(1)和(2)表示：
Figure BDA0003879349730000061
Figure BDA0003879349730000062
J通道积分器120a和H通道积分器120b可以分别对J线圈和H线圈的输出电压UJ和UH进行积分处理，以获得J信号和H信号。所得的J信号和H信号经模数转换器(ADC)122转换成数字信号，获得测量结果的原始数据，即测量得到的磁极化强度J值和磁场强度H值。数据处理单元124对原始测量结果进行处理，包括例如去除“零信号”、磁滞回线的居中定位、降噪滤波等，获得J和H的测量结果，即得到JH关系曲线，或者可称为J(H)磁滞回线，进一步可以通过J(H)磁滞回线转换获得B(H)磁滞回线。
上面描述了脉冲磁性测量的基本原理。但是，如前所述，测量时样品内部产生的涡流，以及样品形状对退磁因子的影响，都会对测量结果产生影响，从而降低测量精度，导致测量结果并不能准确地反应材料本身的内秉属性。下面，将参照图3-5描述根据本发明一实施例的脉冲磁性测量方法，其可以减小或消除样品涡流对测量结果的影响。
首先参照图3，其示出了根据本发明一实施例的脉冲磁性测量过程中使用的脉冲磁场的示意图。应理解，这里的脉冲形状仅是示意图，其可以是例如正弦脉冲或者其他期望的脉冲形状。
如图3所示，开始时，可以使用励磁线圈116生成一初始脉冲磁场201(本文中，脉冲磁场也可以简称为脉冲)，其也可以称为预置脉冲，用于将样品磁化设置到预定的初始方向上。为了描述方便，这里将预置脉冲201示为负向脉冲，但是应理解，其也可以是正向脉冲。在本申请中，正向和负向仅是相对而言，表示两个相反的磁化方向或者波形相位。本申请中描述的正向脉冲也可以是负向脉冲，反之亦可。
然后，可以使励磁线圈116生成一正向反相(也可以称为反向)脉冲203。这里，“反相/反向”是针对前一脉冲而言(对于脉冲203，前一脉冲为预置脉冲201)，其磁场方向相反。如前所述，可以利用脉冲换向模块130控制施加到励磁线圈116的电流方向，从而得到期望方向的脉冲磁场。利用正向反相脉冲203可以测量得到样品102的磁极化强度(J信号)和样品102所处的磁场强度(H信号)，获得正向反相JH关系曲线，其是完整磁滞回线的一半，也就是与H正半轴对应的一半磁滞回线，如图4中带圆圈的曲线所示。
接下来，可以使励磁线圈116生成一正向同相(也可以称为同向)脉冲205。这里，因为脉冲205相对于前一脉冲203方向(相位)相同，都是正向，所以脉冲205被称为正向同相脉冲。利用正向同相脉冲205可以测量得到样品102的磁极化强度(J信号)和样品102所处的磁场强度(H信号)，获得正向同相(即，非反相)JH关系曲线，也就是与H正半轴对应的一半磁滞回线，如图4中带正方形的曲线所示。
然后，数据处理单元124可以将正向反相JH关系曲线和正向同相JH关系曲线中，与相同的磁场强度H值对应的两个磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值与对应的磁场强度H值的关系曲线，作为H正半轴的磁滞回线测量结果，如图4中带三角形的曲线所示。在执行相减操作时，必要时可以执行插值操作，以获得相同的H值和对应的J值，从而可以将与相同H值对应的两个J值相减。可以理解，两个正向脉冲203和205由于初始态不一样，因此其测量的两个磁极化强度J值之间有磁矩翻转和未翻转的差异，从而二者相减时，其差值可以表示外场(即H信号)变化时，磁矩翻转过程的信号。另一方面，当外磁场的变化过程相同时，样品102中产生的涡流可以认为是相同的，因此通过相减操作可以去除涡流对磁极化强度测量结果的影响，从而提高了测量精度。可以理解，脉冲203和205具有相同的宽度、幅度、形状等。
上面利用脉冲201、203和205测量得到了与H信号的正半轴对应的一半磁滞回线。由于磁性材料的磁滞回线一般都具有对称性，因此数据处理单元124可以基于上面得到的正半轴磁滞回线获得对称的负半轴磁滞回线，从而得到完整的磁滞回线(图4中未示出)。
在另一实施例中，可以基于相同的原理，继续测量获得与磁场强度H的负半轴对应的磁滞回线。具体而言，如图3所示，可以使励磁线圈116生成一负向反相脉冲207。这里，脉冲207相对于前一脉冲205而言，其磁场方向相反，也就是说，脉冲205可以视为脉冲207对应的测量的预置脉冲，其将样品102的磁化预置到期望的方向上。如前所述，可以利用脉冲换向模块130控制施加到励磁线圈116的电流方向，从而得到期望方向的脉冲磁场。利用负向反相脉冲207可以测量得到样品102的磁极化强度(J信号)和样品102所处的磁场强度(H信号)，获得负向反相JH关系曲线，也就是与H负半轴对应的一半磁滞回线，其在图5中示出。图5中用带圆圈的曲线表示了利用脉冲203和207测量获得的完整的(与H正负半轴对应的)反相磁滞回线。
接下来，可以使励磁线圈116生成一负向同相(也可以称为同向)脉冲209。这里，因为脉冲209相对于前一脉冲207方向(相位)相同，都是负向，所以脉冲209被称为负向同相脉冲。可以理解，脉冲207和209可以具有相同的宽度、幅度、形状等。在一实施例中，脉冲207和209可以具有与脉冲203和205相同幅度。利用负向同相脉冲209可以测量得到样品102的磁极化强度(J信号)和样品102所处的磁场强度(H信号)，获得负向同相(即，非反相)JH关系曲线，也就是与H负半轴对应的一半磁滞回线，其在图5中示出。图5中用带正方形的曲线表示了利用脉冲205和209测量获得的完整的(与H正负半轴对应的)同相(非反相)磁滞回线。
然后，数据处理单元124可以将负向反相JH关系曲线和负向同相(非反相)JH关系曲线中，与相同的磁场强度H值对应的两个磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值与对应的磁场强度H值形成的关系曲线，作为H负半轴的磁滞回线测量结果，如图5中所示。图5中用带三角形的曲线表示了完整的(与H正负半轴对应的)利用差值获得的磁滞回线。
如前所述，正向双脉冲(203和205)与负向双脉冲(207和209)的测量结果具有一定的对称性。在一实施例中，为了在测试时获得更有利于反演的动态信息，负向脉冲的宽度可以设置为与正向脉冲宽度不同，例如负向脉冲比正向脉冲更宽，例如脉冲宽度之比为2:1，以更准确反演。例如，当利用不同的脉冲宽度进行测量，获得了对称的测量结果，则可以确定测量结果是准确的；相反，当利用不同的脉冲宽度获得了非对称的测量结果，则说明测量过程可能受到了某种未知因素的影响，有可能是不准确的。而且，采用不同的正负脉冲宽度，也有利于提供更精细的涡流扣除过程信息量，即扣除涡流的影响而保留样品102的内秉磁化属性。
上面参照图3将脉冲201至209描述为正向脉冲或负向脉冲，但是应理解，脉冲201、205和209也可以是正向脉冲，脉冲203和205也可以是负向脉冲，其同样适用于上面描述的本发明的原理。
从图4和图5的测量结果可以看出，在反相和非反相(即同相)测量结果中，样品102的磁极化强度随着磁场强度增大而增大，相信这是受到了涡流的影响，因为磁通变化越大，样品102中产生的涡流越大；由于涡流磁场的影响，使得测量得到的样品102的磁极化强度越大，但是这样的测量结果并不符合永磁体样品102的饱和磁化属性。而利用反相测量和非反相(即同相)测量之间的差值获得的磁滞回线，具有平坦的饱和磁化，这符合永磁样品102的饱和磁化属性，因此该结果去除了样品涡流的影响，具有更高的测量精度。
如前所述，样品102的形状会对退磁因子产生影响，进而影响磁性测量的结果。理论上，各向同性的球形样品具有高对称性，样品内各个点的退磁因子是相同的。但是，难以将样品制成球形，或者其会招致更大的成本。此外，可以将样品102制备成圆柱形状，图6示出了圆柱样品中的磁力线分布，在样品中间位置磁力线看上去是基本平行且均匀的，但是在样品两端，磁力线向外发散，可见样品中的磁力线并不是平行且均匀的，也就是说，样品中各个位点的退磁因子并不相同，可见样品形状对退磁因子有影响，进而导致J线圈测量获得的样品磁极化强度会受到退磁场影响而产生偏差。
为了减小样品退磁场对测量结果的影响，发明人研究了样品形状与退磁因子之间的关系。这里，将样品制备成圆柱形，其形状可以由长径比γ＝h/D表示。当样品的磁化率(或者说磁导率，因为磁导率＝磁化率+1)被确定时，基于样品形状，可以计算确定样品中部的退磁因子Nf，其结果示于图7中。如图7所示，对于从0到999的磁化率(或者说从1到1000的磁导率)，样品中部的退磁因子Nf随样品形状，即圆柱形样品的长径比，而线性变化。由图7可以确定，当长径比γ为1.125附近时，对于不同的磁化率，退磁因子Nf的变化在±0.3％的范围内，因此可以认为退磁因子Nf基本上是恒定的，不随样品磁化率而变化。在本发明的一些实施例中，可以将长径比γ设置为1.125±5％的范围内，如图7所示，在该范围内退磁因子Nf的变化范围大约在±1％的范围内，可以认为退磁因子Nf基本上不发生变化，或者说变化是微小的，对磁性测量精确度的影响是可以忽略的。
图8是根据本发明一实施例的脉冲磁性测量方法200的流程图，方法200可以利用图1所示的磁性脉冲测量装置100来执行。如图8所示，方法200可包括步骤210，产生一预置脉冲磁场，例如图3所示的脉冲磁场201，以将样品102的磁化置于预定方向；步骤212，产生与预置脉冲磁场201方向相反的第一反向脉冲磁场，例如图3所示的脉冲磁场203，并且测量第一反向脉冲磁场203的磁场强度H值和样品102在第一反向脉冲磁场203中的磁极化强度J值，获得第一反向JH关系曲线；步骤214，产生与第一反向脉冲磁场203方向相同的第二同向脉冲磁场，例如图3所示的脉冲磁场205，并且测量第二同向脉冲磁场205的磁场强度H值和样品102在第二同向脉冲磁场205中的磁极化强度J值，获得第二同向JH关系曲线；以及步骤216，将第一反向JH关系曲线和第二同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值，作为样品102的第一半轴磁滞回线。
可选地，在步骤218中，还可以基于所述第一半轴磁滞回线确定对称的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线。可以理解，第一半轴磁滞回线和第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。然后，方法200结束。
可选地，在另一实施例中，方法200还可以包括步骤220，产生与第二同向脉冲磁场205方向相反的第三反向脉冲磁场，例如图3所示的脉冲磁场207，并且测量第三反向脉冲磁场207的磁场强度H值和样品102在第三反向脉冲磁场207中的磁极化强度J值，获得第三反向JH关系曲线；步骤222，产生与第三反向脉冲磁场207方向相同的第四同向脉冲磁场，例如图3所示的脉冲磁场209，并且测量第四同向脉冲磁场209的磁场强度H值和样品102在第四同向脉冲磁场209中的磁极化强度J值，获得第四同向JH关系曲线；然后在步骤224中，将第三反向JH关系曲线和第四同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值，作为样品102的第二半轴磁滞回线，从而得到样品102的完整磁滞回线。可以理解，第一半轴磁滞回线和第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
在上面论述的方法200中，可以将样品102形成为圆柱形，并且圆柱形的长径比γ可以设置在1.125±5％的范围内。这样，可以使得样品102的退磁因子基本上不随样品的磁化率/磁导率而发生变化，或者说变化是微小的，从而减小或者基本上消除样品的退磁场对磁性测量精度的影响。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。图中所示的每个方框可以细分成多个子框，每个子框可以实施相关的功能或步骤，从而多个子框可以实现细分前的一个大框实现的功能。或者，图中所示的多个方框也可以合并成一个方框，其可以实现合并前的多个方框的功能。在本申请中，诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种脉冲磁性测量装置，包括：
励磁线圈，用于产生脉冲磁场；
电容器组，用于向所述励磁线圈施加电流，以产生所述脉冲磁场；
脉冲换向模块，用于控制所述电容器组向所述励磁线圈施加的电流的方向，以产生正向脉冲磁场或负向脉冲磁场；
测量线圈，包括用于测量所述脉冲磁场的磁场强度H的H线圈和用于测量在所述脉冲磁场中的样品的磁极化强度J的J线圈；
第一积分器，用于对所述H线圈输出的电压信号随时间进行积分，以获得表示所述脉冲磁场的磁场强度H的H信号；
第二积分器，用于对所述J线圈输出的电压信号随时间进行积分，以获得表示所述样品的磁极化强度J的J信号；
模数转换器，用于将所述H信号和所述J信号从模拟信号转换成数字信号；以及
数据处理单元，用于对转换成数字信号的所述H信号和所述J信号进行信号处理，以获得样品的JH关系曲线，
其中，在所述脉冲换向模块的控制下，所述励磁线圈先产生一预置脉冲磁场，以将所述样品的磁化置于预定方向；然后产生与所述预置脉冲磁场方向相反的第一反向脉冲磁场，以测量所述样品的第一反向JH关系曲线；然后产生与所述第一反向脉冲磁场方向相同的第二同向脉冲磁场，以测量所述样品的第二同向JH关系曲线，
所述数据处理单元将所述第一反向JH关系曲线和所述第二同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线，作为所述样品的第一半轴磁滞回线。
2.如权利要求1所述的脉冲磁性测量装置，其中，所述数据处理单元还基于所述第一半轴磁滞回线确定对称的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线，所述第一半轴磁滞回线和所述第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
3.如权利要求1所述的脉冲磁性测量装置，其中，在所述脉冲换向模块的控制下，所述励磁线圈还产生与所述第二同向脉冲磁场方向相反的第三反向脉冲磁场，以测量所述样品的第三反向JH关系曲线；然后产生与所述第三反向脉冲磁场方向相同的第四同向脉冲磁场，以测量所述样品的第四同向JH关系曲线，
所述数据处理单元还将所述第三反向JH关系曲线和所述第四同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线，作为所述样品的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线，所述第一半轴磁滞回线和所述第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
4.如权利要求3所述的脉冲磁性测量装置，其中，所述第一反向脉冲磁场和所述第二同向脉冲磁场具有相同的脉冲宽度、幅度和形状，
所述第三反向脉冲磁场和所述第四同向脉冲磁场具有相同的脉冲宽度、幅度和形状，且
所述第三反向脉冲磁场和所述第四同向脉冲磁场具有与所述第一反向脉冲磁场和所述第二同向脉冲磁场不同的脉冲宽度。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的脉冲磁性测量装置，其中，所述样品为圆柱形，并且具有1.125±5％范围内的长径比。
6.一种脉冲磁性测量方法，包括：
产生一预置脉冲磁场，以将样品的磁化置于预定方向；
产生与所述预置脉冲磁场方向相反的第一反向脉冲磁场，并且测量所述第一反向脉冲磁场的磁场强度H值和所述样品在所述第一反向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第一反向JH关系曲线；
产生与所述第一反向脉冲磁场方向相同的第二同向脉冲磁场，并且测量所述第二同向脉冲磁场的磁场强度H值和所述样品在所述第二同向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第二同向JH关系曲线；
将所述第一反向JH关系曲线和所述第二同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线，作为所述样品的第一半轴磁滞回线。
7.如权利要求6所述的脉冲磁性测量方法，还包括：
基于所述第一半轴磁滞回线确定对称的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线，所述第一半轴磁滞回线和所述第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
8.如权利要求6所述的脉冲磁性测量方法，还包括：
产生与所述第二同向脉冲磁场方向相反的第三反向脉冲磁场，并且测量所述第三反向脉冲磁场的磁场强度H值和所述样品在所述第三反向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第三反向JH关系曲线；
产生与所述第三反向脉冲磁场方向相同的第四同向脉冲磁场，并且测量所述第四同向脉冲磁场的磁场强度H值和所述样品在所述第四同向脉冲磁场中的磁极化强度J值，获得第四同向JH关系曲线；
将所述第三反向JH关系曲线和所述第四同向JH关系曲线中与相同的磁场强度H值对应的磁极化强度J值相减，获得磁极化强度J值的差值和对应的磁场强度H值的关系曲线，作为所述样品的第二半轴磁滞回线，从而得到所述样品的完整磁滞回线，所述第一半轴磁滞回线和所述第二半轴磁滞回线分别对应于磁场强度H值的正半轴和负半轴中的一个和另一个。
9.如权利要求8所述的脉冲磁性测量方法，其中，所述第一反向脉冲磁场和所述第二同向脉冲磁场具有相同的脉冲宽度、幅度和形状，
所述第三反向脉冲磁场和所述第四同向脉冲磁场具有相同的脉冲宽度、幅度和形状，且
所述第三反向脉冲磁场和所述第四同向脉冲磁场具有与所述第一反向脉冲磁场和所述第二同向脉冲磁场不同的脉冲宽度。
10.如权利要求6-9中的任一项所述的脉冲磁性测量方法，其中，所述样品为圆柱形，并且具有1.125±5％范围内的长径比。
CN202211225037.5A 2022-10-09 2022-10-09 脉冲磁性测量装置和方法 Pending CN115561686A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211225037.5A CN115561686A (zh) 2022-10-09 2022-10-09 脉冲磁性测量装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211225037.5A CN115561686A (zh) 2022-10-09 2022-10-09 脉冲磁性测量装置和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115561686A true CN115561686A (zh) 2023-01-03

Family

ID=84745897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211225037.5A Pending CN115561686A (zh) 2022-10-09 2022-10-09 脉冲磁性测量装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115561686A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116559740A (zh) * 2023-03-16 2023-08-08 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种精确测量脉冲强磁场峰值场强分布的nmr方法与系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116559740A (zh) * 2023-03-16 2023-08-08 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种精确测量脉冲强磁场峰值场强分布的nmr方法与系统
CN116559740B (zh) * 2023-03-16 2024-01-12 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种精确测量脉冲强磁场峰值场强分布的nmr方法与系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Silva et al. Inductive measurement of ultrafast magnetization dynamics in thin-film Permalloy
CN112782624B (zh) 一种软磁材料矫顽力的测量装置及方法
White et al. A multichannel magnetic flux controller for periodic magnetizing conditions
CN115561686A (zh) 脉冲磁性测量装置和方法
Yang et al. A new compact fluxgate current sensor for AC and DC application
WO2023178929A1 (zh) 一种软磁材料磁特性曲线的测量装置及方法
Huo et al. Residual flux measurement of the single-phase transformer based on transient current method
Huening et al. Direct observation of large Barkhausen jump in thin Vicalloy wires
Volik et al. Metrological aspects of an automated method for measuring electrophysical parameters of soft magnetic materials
JPH0252821B2 (zh)
Yang et al. A fluxgate current sensor with a U-shaped magnetic gathering shell
Grossinger et al. Pulsed field magnetometry
Tumański Modern methods of electrical steel testing—A review
Oxley Apparatus for magnetization and efficient demagnetization of soft magnetic materials
Liu Discussion on several principal problems aroused from measuring high performance permanent magnetic materials
Enokizono et al. Two-dimensional magnetic properties of silicon-steel sheet
Grössinger Characterisation of hard magnetic materials
Fiorillo et al. Measuring the hysteresis loop of permanent magnets with the pulsed field magnetometer
Shu et al. Finite difference method for eddy current correction in pulsed field magnetometer
Charubin et al. Automatic measurement station for ferrite materials testing
Birkelbach et al. Very low frequency magnetic hysteresis measurements with well-defined time dependence of the flux density
Wei Ferromagnetic resonance as a probe of magnetization dynamics: A study of FeCo thin films and trilayers
Möwius et al. Measurement technologies for permanent magnets
Liren et al. Magnetic performance measurement and mathematical model establishment of main core of magnetic modulator
Keatley et al. Optical characterization of nonlocal spin transfer torque acting on a single nanomagnet

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination