CN202995016U - 磁滞回线自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型磁滞回线自动检测装置，涉及磁滞回线的测量，包括磁滞回线检测主电路、方波可调信号发生器电路、信号采样电路、A/D转换电路、单片机及其RS-485通信接口电路和PC机构成，其中，可调方波信号发生器电路与磁滞回线检测主电路连接，磁滞回线检测主电路与信号采样电路连接，信号采样电路与A/D转换电路连接，单片机分别与可调方波信号发生器电路、磁滞回线检测主电路和A/D转换电路连接，单片机通过其RS-485通信接口电路与PC机连接。本实用新型克服了现有的磁滞回线测量装置由于人工参与因素大，导致测量不精确，只能在其固定的较小测量范围内测量，以及由于采样信息量的局限性，测量结果准确性低的缺点。

Description

磁滞回线自动检测装置

技术领域

本实用新型的技术方案涉及磁滞回线的测量，具体地说是磁滞回线自动检测装置。

背景技术

铁磁性材料是一种性能特异和应用广泛的物质。从常用的永久磁铁、变压器铁芯到录音、录像、计算机存存储用的磁带和磁盘等都采用铁磁性材料。在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示。当磁化磁场作周期性变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。磁滞回线和基本磁化曲是铁磁材料分类和选用的主要依据，磁滞回线和基本磁化曲线反映了铁磁性材料的主要特征，通过测量不同铁磁性材料的磁滞回线和基本磁化曲线便可确定该材料的磁特性。目前有关磁滞回线的测量装置通常是以人工测量采集磁感应强度及磁场强度，此种装置精度较低，测量速度较慢，且由于采样信息量的局限性，难以实现磁滞回线的有效拟合。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供磁滞回线自动检测装置，是一种利用单片机控制自动实现提取环形铁磁材料样件的磁场强度和磁感应强度值，并通过单片机处理后传输到PC机上自动显示磁滞回线的装置，克服了现有的磁滞回线测量装置由于人工参与因素大，导致测量不精确，只能在其固定的较小测量范围内测量，以及由于采样信息量的局限性，测量结果准确性低的缺点。

本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是：磁滞回线自动检测装置，包括磁滞回线检测主电路、方波可调信号发生器电路、信号采样电路、A/D转换电路、单片机及其RS-485通信接口电路和PC机构成，其中，可调方波信号发生器电路与磁滞回线检测主电路连接，磁滞回线检测主电路与信号采样电路连接，信号采样电路与A/D转换电路连接，单片机分别与可调方波信号发生器电路、磁滞回线检测主电路和A/D转换电路连接，单片机通过其RS-485通信接口电路与PC机连接。

上述磁滞回线自动检测装置，所述磁滞回线检测主电路，包括待测样件、激磁绕组W、测试绕组W_k、冲击电流计

标准互感器M、双刀双投开关K₁、开关K₃、开关K₄、开关K₅、可变电阻R₁、可变电阻R₂、可变电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆和多量限直流电流表

其中待测样件的圆环两边分别设有激磁绕组W以及测试绕组W_k，激磁绕组W与双刀双投开关K₁的一边两个触点相连接，测试绕组W_k一端连接电阻R₅一端和电阻R₆一端的连接节点，测试绕组W_k另一端与标准互感器M的副边一端连接，标准互感器M的副边另一端与电阻R₄一端相连接，电阻R₄另一端、电阻R₅另一端、开关K₅一端与冲击电流计一端共相连接，电阻R₆另一端开关K₅另一端与冲击电流计

另一端共相连接、标准互感器M的原边与双刀双投开关K₁的另一边两个触点相连接，双刀双投开关K₁的一个中触点经可变电阻R₁、可变电阻R₂、可变电阻R₃与多量限直流电流

表一端相串连，开关K₃与开关K₄相连接，同时开关K₃与可变电阻R₁并联，开关K₄与可变电阻R₂并联。

上述磁滞回线自动检测装置，所述方波可调信号发生器电路主要由四个反相器74LS04、四个光耦TLP5201、驱动电路和四个MOSFET管构成，220V交流电经变压器变为8V交流电，经四个桥式整流二极管IN5401与电容220μF/25V和电容0.33μF并联，经W7805单电压+5V稳压集成块连接到220V交流电经变压器变为50～200V交流电，经四个桥式整流二极管IN5401与电容220μF/25V的并联电路，反相器1与光耦1连接，光耦1经电阻4.7千欧接第一个三极管8050PN的基极，第一个三极管8050PN的集电极经电阻1千欧接12V电压，第一个三极管8050PN的集电极与MOSFET管相连接，反相器2与光耦2连接，光耦2经电阻4.7千欧连接第二个三极管8050NPN的基极，第二个三极管的集电极与MOSFET管相连接，同时经电阻1千欧接12V，反相器3与光耦3连接，光耦3经电阻4.7千欧与第三个三极管的基极相连接，第三个三极管的集电极经电阻1千欧接12V电压，同时与MOSFET管相连接，反相器4与光耦4连接，光耦4经电阻4.7千欧与第四个三极管基极相连接，第四个三极管的集电极与MOSFET管相连接，同时经1千欧电阻接12V电压。

上述磁滞回线自动检测装置，所述信号采样电路、A/D转换电路、单片机与RS-485通信接口电路的连接方法及RS-485通信接口电路均是公知技术。

上述磁滞回线自动检测装置，所用单片机的型号是AT89C51。

上述磁滞回线自动检测装置，所述A/D转换电路，采用的是低采样率和高精度AD574芯片,+5V电源输入端,它的模/数转换时间为35μs，采样精度为12位并行输出采样。

上述磁滞回线自动检测装置，其中所有电路中所涉及元件及其连接方式均是本技术领域的普通技术人员所熟知的，所用到的元器件都可以通过商购获得。

本实用新型的有益效果是：本实用新型磁滞回线自动检测装置是一种智能型磁滞回线自动检测装置，由于在本实用新型磁滞回线自动检测装置设置了可调的方波信号发生器，并采用单片机AT89C51对其进行调控，使得原本需要人工操作的开关测量能够实现自动切换；且由于可调方波信号发生器的信号发生档位能够根据实际情况进行调节，能够根据不同铁磁性材料的特性选择合适的测量方案；同时，由于采取自动采样并实时传送数据，由计算机处理并输出显示，使得输出结果的磁滞回线更准确，克服了现有的磁滞回线测量装置由于人工参与因素大，导致测量不精确，只能在其固定的较小测量范围内测量，以及由于采样信息量的局限性，测量结果准确性低的缺点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型磁滞回线自动检测装置的构成示意框图。

图2是本实用新型磁滞回线自动检测装置的磁滞回线检测主电路构成图。

图3是本实用新型磁滞回线自动检测装置的方波可调信号发生器电路构成图。

图4是本实用新型磁滞回线自动检测装置的信号采样电路图。

图5是本实用新型磁滞回线自动检测装置的A/D转换电路图。

图6是本实用新型磁滞回线自动检测装置的单片机与RS-485通信接口电路的连接图。

具体实施方式

图1所示实施例表明，本实用新型磁滞回线自动检测装置包括磁滞回线检测主电路、方波可调信号发生器电路、信号采样电路、A/D转换电路、单片机及其RS-485通信接口电路和PC机构成，其中，可调方波信号发生器电路与磁滞回线检测主电路连接，磁滞回线检测主电路与信号采样电路连接，信号采样电路与A/D转换电路连接，单片机分别与可调方波信号发生器电路、磁滞回线检测主电路和A/D转换电路连接，单片机通过其RS-485通信接口电路与PC机连接。

图2所示实施例表明，本实用新型磁滞回线自动检测装置的磁滞回线检测主电路，包括待测样件、激磁绕组W、测试绕组W_k、冲击电流计标准互感器M、双刀双投开关K₁、开关K₃、开关K₄、开关K₅、可变电阻R₁、可变电阻R₂、可变电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆和多量限直流电流表

其中待测样件的环形两边分别设有激磁绕组W以及测试绕组W_k，激磁绕组W与双刀双投开关K₁的b边的两个触点相连接，测试绕组W_k一端连接电阻R₅一端和电阻R₆一端的连接节点，测试绕组W_k另一端与标准互感器M的副边一端连接，标准互感器M的副边另一端与电阻R₄一端相连接，电阻R₄另一端、电阻R₅另一端、开关K₅一端与冲击电流计

一端共相连接后与又A/D转换电路相连接，电阻R₆另一端开关K₅另一端与冲击电流计

另一端共相连接、标准互感器M的原边与双刀双投开关K₁的a边两个触点相连接，双刀双投开关K₁的一个中触点经可变电阻R₁、可变电阻R₂、可变电阻R₃与多量限直流电流表一端相串连，双刀双投开关K₁的一个中触点直接与可调方波信号发生器电路相连接，开关K₃与开关K₄相连接，同时开关K₃与可变电阻R₁并联，开关K₄与可变电阻R₂并联，多量限直流电流

表一端还与信号采样电路相连接，多量限直流电流

表另一端与可调方波信号发生器电路相连接，信号采样电路又与A/D转换电路相连接。

图3所示实施例表明，本实用新型磁滞回线自动检测装置的方波可调信号发生器电路主要由四个反相器74LS04、四个光耦TLP5201、驱动电路和四个MOSFET管构成，220V交流电经变压器变为8V交流电，经四个桥式整流二极管IN5401与电容220μF/25V和电容0.33μF并联，经W7805单电压+5V稳压集成块连接到220V交流电经变压器变为50～200V交流电，经四个桥式整流二极管IN5401与电容220μF/25V的并联电路，反相器1与光耦1连接，光耦1经电阻4.7千欧接第一个三极管8050PN的基极，第一个三极管8050PN的集电极经电阻1千欧接12V电压，第一个三极管8050PN的集电极与MOSFET管相连接，反相器2与光耦2连接，光耦2经电阻4.7千欧连接第二个三极管8050NPN的基极，第二个三极管的集电极与MOSFET管相连接，同时经电阻1千欧接12V，反相器3与光耦3连接，光耦3经电阻4.7千欧与第三个三极管的基极相连接，第三个三极管的集电极经电阻1千欧接12V电压，同时与MOSFET管相连接，反相器4与光耦4连接，光耦4经电阻4.7千欧与第四个三极管基极相连接，第四个三极管的集电极与MOSFET管相连接，同时经1千欧电阻接12V电压。

反相器74LS04可以有效的隔离高电压信号，起到保护单片机通过单片机的作用。光电耦合提供了控制电路与主电路的电气隔离。P1.1和P1.4发出信号控制MOSFET管M1和M4导通，在直流电压E的作用下输出端会获得高电平E，且M1和M4导通时间记作t_on；通过单片机P1.2和P1.3发出信号控制MOSFET管M2和M3导通，在直流电压tE的作用下输出端会获得低电平-E，M2和M3导通时间记作t_off，则获得方波的周期为T=t_on+t_off，占空比为

在没有调节占空比旋钮的情况下，默认输出t_on=t_off即α＝0.5的方波。通过检测到旋钮的调节量，控制P1.1～P1.4引脚最终得到所需频率的波形。因为MOSFET管的开关速度快，工作频率高、功率大的优点，可以产生出频率可调范围宽，功率大的方波信号，进而应用到中性点接地电网谐振频率的测量中。

图4所示实施例表明本实用新型磁滞回线自动检测装置的信号采样电路，与磁滞回线主电路的冲击电流计以及直流电流表相连接，用于实现最大偏转角度α_i和经过电流表的电流值I_i的采样，采用LF353放大器芯片，放大器的正向输入端经电容电阻的并联电路与电流计相连接，反向输入端接到输出端，经电阻及二极管和电容的并联电路输入到A/D转换器中。该电路是现有技术。

图5所示实施例表明，本实用新型磁滞回线自动检测装置的A/D转换电路采用的是低采样率、高精度12位的AD574芯片,+5V电源输入端,它的模/数转换时间为35μs，具有转换精度高达0.05%和转换速度快达25μs的特点。采样精度为12位并行输出采样,电路的输出端与A/D转换电路连接，A/D转换电路的输出与主控电路根据AD转换电路引脚与89C51单片机对应的引脚相连接。A/D转换作用是将采集到的模拟信号转化为单片机可以识别的数字信号，由于这种型号的芯片内有三态输出缓冲电路，可直接与微处理器相连，因此不必再附加逻辑接口电路。单片机调用数据处理子程序对送入的电压数据进行计算处理，并存储近阶段的测量数据。该电路是现有技术。

图6所示实施例表明，本实用新型磁滞回线自动检测装置的单片机与RS-485通信接口电路的连接构成是，主处理芯片采用89C51单片机，是本实用新型磁滞回线自动检测装置的核心部分，主处理芯片内集成有内置随机存储器RAM和只读存储器ROM。其中，ROM用于存储程序软件；RAM用于存储近阶段的测量数据，以便于用户查询，对电压峰值的异常波动及时作出反映，该功能对电力系统和工业生产过程的监测十分重要。89C51单片机自带异步通信接口，外接RS485收发器75LBC184，89C51的异步通信口与75LBC184之间采用3片光耦进行电气隔离。所述通讯电路采用RS485芯片，采用数据信号差分传输方式，所述收发器75LBC184的电源电压范围为4.75V到5.25V，传输数据率为250Kbps利用所述通讯电路将单片机采集处理后的磁场强度H以及磁感应强度B传输到PC机中，实现数据拟合以及磁滞回线的显示。该电路是现有技术。

实施例1

按图1、图2、图3、图4、图5和图6构成本实施例的磁滞回线自动检测装置，其中所用单片机的型号是AT89C51，A/D转换电路采用的是低采样率和高精度AD574芯片,+5V电源输入端,它的模/数转换时间为35μs，采样精度为12位并行输出采样。所测样件为环形铁磁物件，横截面积S=120平方毫米，按磁滞回线测试主回路接线，将150匝的励磁绕组W以及50匝的测量绕组Wk固定在测试样件的两侧，平均磁路L=75毫米，接通电源。首先调节冲击电流计G的灵敏度，先将K₅闭合，以保护检流计。调R₃使电流表A显示为1A。R₆调整至最大值为10千欧，R₅尽量小些，R₄尽量大些，使灵敏度先处于低状态，调用方波发生器发送一个脉冲信号，调用信号采样子程序读取检流计第一次最大偏转α_m，如偏转过小，则应减小R₄、R₆增加R₅，重复上述实验。α_m以200mm左右为宜。调好后整个测量过程中R₄、R₅和R₆不再动。接下来去磁，开关K₅闭合，K₁合向左端，K₃、K₄闭合。调R₃，使电流表读数为1A，进行磁锻炼，然后减小电流再进行磁锻炼，直到增加R₃和减小电压使电流I接近零为止。在电流减小的过程中，电流的变化量越小去磁效果越佳，如果用交流退磁，交流电流的有效值不得超过1A。然后测基本磁化曲线，先从最小基本磁化曲线的顶点测起，调R₃和U使电流对应较小的值，进行磁锻炼，调用方波信号发生器子程序发出连续脉冲，调用信号采样子程序连续读取检流计的偏转量α_m1、α_m2……直到电流为1A为止。电流可以0.1A的步长增长，共作10个点，但在流由I₂→0采样α_m3。K₂合向另一边，电流由0→-I₂，采样α_m4。依此类推，读取-I₂→-I₁的α_m5，-I₂→-I₁的α_m6。类似的，沿B，7，8，9，10，11测出另一组数据采样后经A/D转换电路输入到单片机中，依次计算出

存储在单片机中，经RS485通信接口传输到PC机上，在平面直角坐标系中描点显示待测样件的磁滞回线。

Claims (5)

1.磁滞回线自动检测装置，其特征在于：包括磁滞回线检测主电路、方波可调信号发生器电路、信号采样电路、A/D转换电路、单片机及其RS-485通信接口电路和PC机构成，其中，可调方波信号发生器电路与磁滞回线检测主电路连接，磁滞回线检测主电路与信号采样电路连接，信号采样电路与A/D转换电路连接，单片机分别与可调方波信号发生器电路、磁滞回线检测主电路和A/D转换电路连接，单片机通过其RS-485通信接口电路与PC机连接。

2.根据权利要求1所述磁滞回线自动检测装置，其特征在于：所述磁滞回线检测主电路，包括待测样件、激磁绕组W、测试绕组W_k、冲击电流计

标准互感器M、双刀双投开关K₁、开关K₃、开关K₄、开关K₅、可变电阻R₁、可变电阻R₂、可变电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆和多量限直流电流表

其中待测样件的圆环两边分别设有激磁绕组W以及测试绕组W_k，激磁绕组W与双刀双投开关K₁的一边两个触点相连接，测试绕组W_k一端连接电阻R₅一端和电阻R₆一端的连接节点，测试绕组W_k另一端与标准互感器M的副边一端连接，标准互感器M的副边另一端与电阻R₄一端相连接，电阻R₄另一端、电阻R₅另一端、开关K₅一端与冲击电流计一端共相连接，电阻R₆另一端开关K₅另一端与冲击电流计

另一端共相连接、标准互感器M的原边与双刀双投开关K₁的另一边两个触点相连接，双刀双投开关K₁的一个中触点经可变电阻R₁、可变电阻R₂、可变电阻R₃与多量限直流电流表一端相串连，开关K₃与开关K₄相连接，同时开关K₃与可变电阻R₁并联，开关K₄与可变电阻R₂并联。

3.根据权利要求1所述磁滞回线自动检测装置，其特征在于：所述方波可调信号发生器电路主要由四个反相器74LS04、四个光耦TLP5201、驱动电路和四个MOSFET管构成，220V交流电经变压器变为8V交流电，经四个桥式整流二极管IN5401与电容220μF/25V和电容0.33μF并联，经W7805单电压+5V稳压集成块连接到220V交流电经变压器变为50～200V交流电，经四个桥式整流二极管IN5401与电容220μF/25V的并联电路，反相器1与光耦1连接，光耦1经电阻4.7千欧接第一个三极管8050PN的基极，第一个三极管8050PN的集电极经电阻1千欧接12V电压，第一个三极管8050PN的集电极与MOSFET管相连接，反相器2与光耦2连接，光耦2经电阻4.7千欧连接第二个三极管8050NPN的基极，第二个三极管的集电极与MOSFET管相连接，同时经电阻1千欧接12V，反相器3与光耦3连接，光耦3经电阻4.7千欧与第三个三极管的基极相连接，第三个三极管的集电极经电阻1千欧接12V电压，同时与MOSFET管相连接，反相器4与光耦4连接，光耦4经电阻4.7千欧与第四个三极管基极相连接，第四个三极管的集电极与MOSFET管相连接，同时经1千欧电阻接12V电压。

4.根据权利要求1所述磁滞回线自动检测装置，其特征在于：所用单片机的型号是AT89C51。

5.根据权利要求1所述磁滞回线自动检测装置，其特征在于：所述A/D转换电路，采用的是低采样率和高精度AD574芯片,+5V电源输入端,它的模/数转换时间为35μs，采样精度为12位并行输出采样。

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