CN116699488A - 一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法，该装置包括非晶合金叠片、夹板、电动推杆、U型磁轭、B探针、霍尔传感器、三轴应变片、屏蔽板、复合传感器支架、磁轭固定架、升降滑台、磁轭支架、叠片支架和底座；非晶合金叠片为十字型；U型磁轭上下对称分布于非晶合金叠片两侧；夹板、电动推杆和非晶合金叠片通过螺栓连接；复合传感器支架位于非晶合金叠片上，三轴应变片放置在复合传感器支架上，B探针和屏蔽板分别固定于复合传感器支架上的安装孔和矩形槽内。本发明提供的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法，有效降低磁路损耗，提高了侧视准确性和可靠性。

Description

一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量 装置及其测试方法

技术领域

本发明属于磁特性检测技术领域，特别涉及一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法。

背景技术

非晶合金由于其高磁导率和低损耗的特点，在中高频电工装备铁心中的应用日益广泛，磁性材料的准确建模和优化设计对提高材料利用率、降低能耗至关重要。磁性材料的磁致伸缩与磁滞特性测量是准确建立模型的关键技术。

磁性材料在应力下的二维磁特性测量技术，是研究电工装备模拟服役条件下磁特性的基础，磁特性曲线包括磁致伸缩曲线、磁滞回线。通过轴向正交的励磁绕组对测试样片进行励磁，使用LabVIEW软件控制系统精确控制产生磁场的空间轨迹，由复合传感器对样片表面的磁致伸缩λ、磁场强度H和磁通密度B信号进行检测。

非晶合金由于其高磁致伸缩而对应力有极强的敏感性，其磁化状态在机械应力的作用下非常容易发生改变，影响电工装备铁心内部磁场的分布；此外，不同应力下，铁心的磁特性变化也不同。因此，有必要研究双轴应力对非晶合金铁心二维磁滞与磁致伸缩等特性的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，作为本发明的一个方面，提出一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法，通过在测试样片端口开槽的方式，使用夹板固定非晶合金叠片并与电动推杆连接，通过电工推杆拉伸或挤压夹板来对测试样片施加拉/压应力，由放置在测试样片中心的复合传感器精确测量双轴应力作用下的非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性，有效降低磁路损耗，提高了侧视准确性和可靠性。

本发明的一个方面，提供一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置，包括非晶合金叠片、夹板、电动推杆、U型磁轭、B探针、霍尔传感器、三轴应变片、屏蔽板、复合传感器支架、螺栓、螺母、磁轭固定架、升降滑台、磁轭支架、叠片支架和底座；

所述非晶合金叠片为十字型；所述U型磁轭上下对称分布于非晶合金叠片两侧，所述U型磁轭两侧绕有励磁线圈；

所述夹板、电动推杆和非晶合金叠片上均开设有通孔，所述夹板、电动推杆和非晶合金叠片通过螺栓连接；

所述复合传感器支架位于所述非晶合金叠片上，所述三轴应变片放置在所述所述复合传感器支架上，所述霍尔传感器位于所述三轴应变片的外周，所述复合传感器支架上开设有安装孔和矩形槽，B探针和屏蔽板分别固定于复合传感器支架上的安装孔和矩形槽内；

所述磁轭固定架构造有凹口，位于下部的的U型磁轭穿过所述凹口，所述磁轭固定架通过螺栓固定于底座表面；

所述磁轭支架表面开设有槽位，所述槽位用于固定位于上部的U型磁轭，所述磁轭支架两端连接在升降滑台上；

所述叠片支架顶部构造为U型，用于与夹板的下表面相接触，所述叠片支架通过螺栓固定于底座表面。

优选的，所述复合传感器支架为矩形，所述复合传感器支架的四个边上均开设有安装孔和矩形槽，每个安装孔和矩形槽内均固定有B探针和屏蔽板，以使所述三轴应变片的四周均被所述屏蔽板包围。

优选的，所述霍尔传感器采用多个贴片式霍尔传感器，且多个贴片式霍尔传感器阵列放置于所述复合传感器支架上表面，且每个拉伸方向的霍尔传感器数量不少于两个。

本发明的另一方面，提供一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置方法，采用上述任意一项所述的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置，具体包括以下步骤：

S1首先将位于下部的U型磁轭通过磁轭固定架固定于底座上，然后将非晶合金叠片平放于位于下部的U型磁轭的断面上；

S2将磁轭支架连接到所述升降滑台上，调节升降滑台的高度，使磁轭支架支撑的位于上部的U型磁轭下降到贴合非晶合金叠片的上表面，构成闭合磁路；

S3安装夹板和电动推杆，在夹板和电动推杆对应的通孔中依次安装螺栓，将螺母安装到螺栓上；

S4通过B探针测量非晶合金叠片中心区域的磁通密度，通过霍尔传感器测量非晶合金叠片中心区域的磁场强度，使用三轴应变片测量非晶合金叠片中心区域的不同方向磁致伸缩。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法，通过夹板连接电动推杆与非晶合金叠片，电动推杆对称分布于十字型非晶合金叠片四臂，可以同时向外拉伸或向内挤压，使非晶合金受到均匀的双轴压力或双轴压力。

本发明提供的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法，霍尔传感器采用贴片式霍尔元件，霍尔元件精度高、响应快、线性度好、频带宽，可以准确测量其水平方向的磁场；霍尔传感器阵列放置于样片表面，可以测量距离样片不同高度的磁场，采用外推法可得到精确的样品表面的磁场；并且在样片的轧制方向和垂直轧制方向分别采用两个对称放置的霍尔传感器阵列测量磁场，通过两个霍尔传感器阵列的数据进行平均，可以保证测量数据更加准确。

本发明提供的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法，复合传感器支架四周开设有矩形槽，将非晶合金制成的屏蔽板垂直固定于测量区域四周，垂直屏蔽板可以极大降低测量样片表面的场梯度，以降低测量误差。磁屏蔽法和外推法结合，可以保证测量的准确性和可重复性。

本发明提供的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法，由U型磁轭与非晶合金叠片组成的二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置的结构尺寸经过有限元仿真优化后得以确定，在保证测量精确性的前提下，缩小装置结构尺寸，减少成本，且磁路对称性高，漏磁减少，可以有效降低磁路损耗。

本发明提供的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置及其测试方法，采用三轴应变片同时测量样片轧制方向和垂直轧制方向的磁致伸缩信号，相较于使用光学仪器测量磁致伸缩，既避免了需要预留光路的问题，简化了测量装置，也减少了所需的设备成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图 。

图2为本发明中U型磁轭与非晶合金叠片的连接结构示意图。

图3为本发明中磁轭固定架的结构示意图。

图4为本发明中磁轭支架的结构示意图。

图5为本发明中叠片支架的结构示意图。

图6为本发明中电动推杆的结构示意图。

图7为本发明中复合传感器支架的结构示意图。

图8为本发明中三轴应变片的安装结构示意图。

上述附图中：非晶合金叠片1、夹板2、电动推杆3、U型磁轭4、励磁线圈5、B探针6、霍尔传感器7、三轴应变片8、屏蔽板9、复合传感器支架10、螺栓11、螺母12、磁轭固定架13、升降滑台14、磁轭支架15、叠片支架16、底座17、安装孔18、矩形槽19。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

参阅图1-图8，作为本发明的一种优选实施例，本实施例提供一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置，包括非晶合金叠片1、夹板2、电动推杆3、U型磁轭4、B探针6、霍尔传感器7、三轴应变片8、屏蔽板9、复合传感器支架10、螺栓11、螺母12、磁轭固定架13、升降滑台14、磁轭支架15、叠片支架16和底座17；

所述非晶合金叠片1为十字型；所述U型磁轭4上下对称分布于非晶合金叠片1两侧，所述U型磁轭两侧绕有励磁线圈5，每个励磁线圈5由直径1.5mm的铜制利兹线绕成，并关于括非晶合金叠片1对称分布于每个U型磁轭的两臂，每条磁路的四个励磁线圈5并联连接；

所述夹板2、电动推杆3和非晶合金叠片1上均开设有通孔，所述夹板2、电动推杆3和非晶合金叠片1通过螺栓11连接；

如图1所示，所述复合传感器支架10位于所述非晶合金叠片1上，所述三轴应变片8放置在所述所述复合传感器支架10上，所述霍尔传感器7位于所述三轴应变片8的外周，三轴应变片8由专用的应变片胶水固定于十字型非晶合金叠片1的中心位置，将与非晶合金叠片1轧制方向成0°和90°的两轴应变信号接入惠斯通电桥，计算得到二维磁致伸缩信号，所述复合传感器支架10上开设有安装孔18和矩形槽19，B探针6和屏蔽板9分别固定于复合传感器支架10上的安装孔18和矩形槽19内；

如图3所示，所述磁轭固定架13构造有凹口，为Ω形状，分为上下两个固定架，由亚克力板切割而成，位于下部的的U型磁轭4穿过所述凹口，所述磁轭固定架13通过螺栓固定于底座17表面；

如图1和图4所示，所述磁轭支架15由工字型亚克力板制作，其表面开设有槽位，所述槽位用于固定位于上部的U型磁轭4，所述磁轭支架15两端连接在升降滑台14上，由升降滑台14支撑并上下调节U型磁轭4的高度；

如图1和图5所示，所述叠片支架16由光敏树脂材料3D打印而成，其顶部构造为U型，用于与夹板2的下表面相接触，为工字型亚克力板，所述叠片支架16通过螺栓固定于底座17表面。

在一些优选实施例中，如图1、图7和图8所示，所述复合传感器支架10为矩形，所述复合传感器支架10的四个边上均开设有安装孔18和矩形槽19，每个安装孔18和矩形槽19内均固定有B探针6和屏蔽板9，以使所述三轴应变片8的四周均被所述屏蔽板9包围，四根B探针6固定于复合传感器支架10四周的安装孔18中，B探针6即垂直插入样片表面与样片表面做电接触的铜制探针，由于磁通的变化在样片中产生涡流，样片的电阻会在样片表面产生一个电压降，进而，由感应出的电压降可推算出磁通密度B，B探针6插入非晶合金叠片1表面，测量每个方向的两根B探针6之间的电压差，用以计算得到轧制方向和垂直轧制方向的磁通密度信号。

在一些实施例中，如图8所示，所述霍尔传感器7采用四个贴片式霍尔传感器阵列，且多个贴片式霍尔传感器阵列放置于所述复合传感器支架10上表面，且每个拉伸方向的霍尔传感器7数量不少于两个，四个霍尔传感器阵列放置于三轴应变片8四面，并关于三轴应变片8相互对称，每个霍尔传感器阵列由三个霍尔传感器7组成，三个霍尔传感器7叠放固定于同一竖直方向，分别距离非晶合金叠片1表面1mm、4mm、7mm，由每个不同高度的霍尔传感器7测量距离非晶合金叠片1表面不同高度磁场的切向量，通过外推法计算得到非晶合金叠片1表面的磁场强度。在非晶合金叠片1的轧制方向和垂直轧制方向各放置有两个霍尔传感器阵列，分别由两个霍尔传感器阵列测量计算结果进行平均处理，得到精确的非晶合金叠片1表面的磁场强度信号。

作为本发明的另一优选实施例，本实施例提供一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置方法，采用上述任意一项所述的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置，具体包括以下步骤：

S1首先将位于下部的U型磁轭4通过磁轭固定架13固定于底座17上，然后将非晶合金叠片1平放于位于下部的U型磁轭4的断面上；

S2将磁轭支架15连接到所述升降滑台14上，调节升降滑台14的高度，使磁轭支架15支撑的位于上部的U型磁轭4下降到贴合非晶合金叠片1的上表面，构成闭合磁路；

S3安装夹板2和电动推杆3，在夹板2和电动推杆3对应的通孔中依次安装螺栓11，将螺母12安装到螺栓11上；

S4通过B探针6测量非晶合金叠片1中心区域的磁通密度，通过霍尔传感器7测量非晶合金叠片1中心区域的磁场强度，使用三轴应变片8测量非晶合金叠片1中心区域的不同方向磁致伸缩。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置，其特征在于，包括非晶合金叠片（1）、夹板（2）、电动推杆（3）、U型磁轭（4）、B探针（6）、霍尔传感器（7）、三轴应变片（8）、屏蔽板（9）、复合传感器支架（10）、螺栓（11）、螺母（12）、磁轭固定架（13）、升降滑台（14）、磁轭支架（15）、叠片支架（16）和底座（17）；

所述非晶合金叠片（1）为十字型；所述U型磁轭（4）上下对称分布于非晶合金叠片（1）两侧，所述U型磁轭两侧绕有励磁线圈（5）；

所述夹板（2）、电动推杆（3）和非晶合金叠片（1）上均开设有通孔，所述夹板（2）、电动推杆（3）和非晶合金叠片（1）通过螺栓（11）连接；

所述复合传感器支架（10）位于所述非晶合金叠片（1）上，所述三轴应变片（8）放置在所述所述复合传感器支架（10）上，所述霍尔传感器（7）位于所述三轴应变片（8）的外周，所述复合传感器支架（10）上开设有安装孔（18）和矩形槽（19），B探针（6）和屏蔽板（9）分别固定于复合传感器支架（10）上的安装孔（18）和矩形槽（19）内；

所述磁轭固定架（13）构造有凹口，位于下部的的U型磁轭（4）穿过所述凹口，所述磁轭固定架（13）通过螺栓固定于底座（17）表面；

所述磁轭支架（15）表面开设有槽位，所述槽位用于固定位于上部的U型磁轭（4），所述磁轭支架（15）两端连接在升降滑台（14）上；

所述叠片支架（16）顶部构造为U型，用于与夹板（2）的下表面相接触，所述叠片支架（16）通过螺栓固定于底座（17）表面。

2.根据权利要求1所述的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置，其特征在于，所述复合传感器支架（10）为矩形，所述复合传感器支架（10）的四个边上均开设有安装孔（18）和矩形槽（19），每个安装孔（18）和矩形槽（19）内均固定有B探针（6）和屏蔽板（9），以使所述三轴应变片（8）的四周均被所述屏蔽板（9）包围。

3.根据权利要求1所述的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置，其特征在于，所述霍尔传感器（7）采用多个贴片式霍尔传感器，且多个贴片式霍尔传感器阵列放置于所述复合传感器支架（10）上表面，且每个拉伸方向的霍尔传感器（7）数量不少于两个。

4.双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置方法，其特征在于，采用权利要求1-3任意一项所述的一种双轴应力作用下非晶合金二维磁滞与磁致伸缩特性测量装置，具体包括以下步骤：

S1首先将位于下部的U型磁轭（4）通过磁轭固定架（13）固定于底座（17）上，然后将非晶合金叠片（1）平放于位于下部的U型磁轭（4）的断面上；

S2将磁轭支架（15）连接到所述升降滑台（14）上，调节升降滑台（14）的高度，使磁轭支架（15）支撑的位于上部的U型磁轭（4）下降到贴合非晶合金叠片（1）的上表面，构成闭合磁路；

S3安装夹板（2）和电动推杆（3），在夹板（2）和电动推杆（3）对应的通孔中依次安装螺栓（11），将螺母（12）安装到螺栓（11）上；

S4通过B探针（6）测量非晶合金叠片（1）中心区域的磁通密度，通过霍尔传感器（7）测量非晶合金叠片（1）中心区域的磁场强度，使用三轴应变片（8）测量非晶合金叠片（1）中心区域的不同方向磁致伸缩。