KR100490983B1 - Apparatus for measuring magnetostriction of electrical steel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기강판의 자기변형측정장치에 관한 것으로, 본 발명은 전기강판의 자기변형을 측정하는 장치에 있어서, 시료(22)에 자기장을 부여하고, 자기적 성질을 검출하는 자기검출부(10); 상기 자기검출부(10)에 의해 부여된 자기장에 의한 상기 시료의 길이변화 측정에 필요한 발진주파수를 생성하는 LVDT발진기(23)와, 상기 LVDT발진기(23)의 발진주파수에 따라 동작하여 시료(22)의 길이변화를 감지하여 출력하는 LVDT센서(21)와, 상기 시료(22)에 밀착 시킨 LVDT센서(21)의 내부코아가 LVDT의 중심부에 위치하도록 조정하는 LVDT위치조정기(24)와, 상기 LVDT센서(21)에서 나오는 미약한 신호를 증폭하여 출력하는 LVDT신호증폭기(26)를 구비하는 LVDT 검출부(20); 및 전기강판의 자기변형측정을 위해 각부의 동작을 제어하며, 상기 자기검출부(10) 및 LVDT 검출부(20)에서 검출된 아날로그신호를 디지털데이타로 변환하여, 이 디지털데이타를 분석하여 저장하며, 측정한 자기변형치를 디지털로 디스플레이하는 제어부(30);를 포함한다. 이와같은 본 발명에 의하면, 시료의 길이변화에 따라 유도 기전력을 갖는 LVDT를 적용하여 장치의 얼라인먼트를 가장 손쉽게 할 수 있고, 짧은 시간은 많은 수의 시료의 측정이 가능하다.The present invention relates to a magnetostriction measuring apparatus of an electrical steel sheet, the present invention is a device for measuring the magnetostriction of electrical steel sheet, the magnetic detection unit 10 for applying a magnetic field to the sample 22, and detects the magnetic properties ; An LVDT oscillator 23 for generating an oscillation frequency required for measuring the change in length of the sample by the magnetic field imparted by the magnetic detection unit 10 and the sample 22 by operating according to the oscillation frequency of the LVDT oscillator 23. LVDT sensor 21 for detecting and outputting a change in the length of the LVDT, an LVDT position adjuster 24 for adjusting the core of the LVDT sensor 21 in close contact with the sample 22 to be located at the center of the LVDT, and the LVDT An LVDT detector 20 having an LVDT signal amplifier 26 for amplifying and outputting a weak signal from the sensor 21; And controlling the operation of each part for measuring the magnetic deformation of the electrical steel sheet, converting the analog signal detected by the magnetic detector 10 and the LVDT detector 20 into digital data, analyzing and storing the digital data, and measuring And a controller 30 for digitally displaying one magnetostriction value. According to the present invention, the alignment of the device can be most easily by applying the LVDT having the induced electromotive force according to the change of the length of the sample, and a large number of samples can be measured in a short time.
Description
본 발명은 변압기등 전기기기의 철심으로 사용되는 방향성 전기강판의 자기변형을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 특히 방향성 전기강판이 교류에서 자화시 일어나는 시료의 길이변화율을 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring the magnetostriction of a grain-oriented electrical steel sheet used as an iron core of an electrical device, such as a transformer, and more particularly relates to a device for measuring the rate of change of the length of the sample occurs when the grain-oriented electrical steel sheet is magnetized in alternating current.
일반적인 방향성 전기강판의 자왜(magnetostriction:자기변형, 자기 일그러짐)에 관하여 간단히 설명하면 다음과 같다.A brief description of the magnetostriction of a general oriented electrical steel sheet is as follows.
임의의 코일에 전류를 흘려 철심을 동작시키면, 철심내부에서 자속방향의 변화로 인해 철심의 길이변화가 일어나게 된다. 이때, 강판의 자기변형 크기는 “길이변화량(△L)÷원래시편길이(L)”로 표시되고, 일반 방향성 전기강판의 경우에, 대략 1.7Tesla에서 1.5x10-6정도 된다. 즉 원래길이에 비해 이 정도의 비율만큼 자속의 방향이 바뀔 때 마다 "늘어났다 줄었다"를 반복하는 것이다. 이러한 현상을 자기변형이라 한다. When the iron core is operated by applying a current to an arbitrary coil, a change in the length of the iron core occurs due to a change in the magnetic flux direction inside the iron core. At this time, the magnetostriction size of the steel sheet is expressed as "length variation (ΔL) ÷ original specimen length (L)", and in the case of a general oriented electrical steel sheet, approximately 1.7xes to 1.5x10-6. In other words, when the direction of the magnetic flux changes by this ratio compared to the original length, it is repeated to "grow up and down". This phenomenon is called magnetostriction.
이러한 자기변형으로 인한 철심의 길이변화 진동수는 공급되는 전압 또는 전류의 주파수에 대하여 배수로 발생되는데, 이러한 시료의 길이변화는 철심의 끝단이 공기를 때리게 되어 소리(소음)로 들리게 되는 것이다. 최근 환경문제가 중요하게 부각되므로 인하여 각국에서는 변압기의 에너지 효율뿐 아니라 소음규제도 하고 있으므로 변압기소음의 원인이 되는 자왜를 줄이고자 하는 노력이 선진 제철소에서 이루어지고 있다. The length change frequency of the iron core due to the magnetostriction is generated in multiples with respect to the frequency of the supplied voltage or current. The change of the length of the sample is caused by the end of the iron core hitting the air to be heard as a sound (noise). As environmental issues are becoming more important in recent years, many countries are making noise regulation as well as energy efficiency of transformers. Therefore, efforts are being made in advanced steel mills to reduce magnetostrictive causes of transformer noise.
이와같은 자기변형을 측정하는 종래 기술에는 여러가지가 있는데, 이중 대표적인 것으로, 첫 번째, 미국특허 제2312888호와 미국특허 제2596752호에서는 지렛대의 원리와 광학시스템을 이용하고 있고, 두 번째, 미국특허 제4310798호에서는 시료위에 캔틸레버(cantilever)식 거울을 부착하고 시료가 자장의 영향으로 진동할 때 레이저를 이용하여 변화되는 길이를 측정하였다. 세 번째, 미극특허 제4312535호에서는 가속도측정기(accelerometer)를 시료의 표면에 부착하여 시료의 진동시 자기변형되는 크기를 조사하는 장치를 제시하였다. 네 번째, 미국특허 제2850697호에서는 시료의 한쪽 끝을 고정하고 다른 한쪽 끝을 축전기의 한 극으로 사용하여 시료의 길이변화가 일어날 때 축전기 내부의 극판의 거리에 따라 용량이 변화되는 원리를 이용하여, 역으로 용량을 측정하여 시료의 자기변형량을 측정하는 것을 제시하였다. 그리고, 1996년에 Hisasi Mogi등이 IEEE Transaction on Magnetics, Vol.32, No.5, September에 발표한 "Harmonic Analysis of AC Magnetostriction Measurements under Non-Sinusoidal Excitation"에서는 시료의 한쪽 끝을 고정하고 다른 한쪽을 레이저로 조사하여 자기변형량을 측정하는 방법을 제시하였다. There are a number of conventional techniques for measuring such magnetostriction, the first of which is US Patent No. 2312888 and US Patent No. 2596752 uses the principle of the lever and the optical system, and the second, US Patent No. In 4310798, a cantilever mirror was attached to a sample, and the change length was measured using a laser when the sample vibrated under the influence of a magnetic field. Third, U. S. Patent No. 4312535 proposes an apparatus for attaching an accelerometer to a surface of a sample to investigate the size of self-strain during vibration of the sample. Fourth, U.S. Patent No. 2850697 uses the principle that the capacity is changed according to the distance of the pole plate inside the capacitor when the length of the sample occurs by fixing one end of the sample and using the other end as one pole of the capacitor. In contrast, it was suggested to measure the amount of magnetostriction of the sample by measuring the capacity. In 1996, Hisasi Mogi et al. Published in IEEE Transaction on Magnetics, Vol. 32, No. 5, September, "Harmonic Analysis of AC Magnetostriction Measurements under Non-Sinusoidal Excitation". A method of measuring magnetostriction by irradiation with a laser has been proposed.
상기 제시된 종래 자기변형을 특정하는 방법들은 모두 장치의 얼라인먼트가 매우 어렵다는 문제점을 가지고 있으며, 기본적으로 전기강판의 자기변형을 측정하기 위하여는 기기의 측정정밀도가 10-7meter/meter정도가 되어야 하는데, 이는 방향성 전기강판의 경우에 1.7Tesla에서의 자기변형량이 약 1x10-6정도이기 때문이다. 그러므로 시료 한개를 측정하기 위하여 장비를 얼라인먼트하는데 대부분의 시간이 소요되며, 또한 측정치가 아날로그형태의 신호이므로 이를 분석하는 데에는 많은 시간이 소요되는 문제점이 있는 것이다.All of the above-described methods for specifying the magnetostriction have a problem that the alignment of the device is very difficult. Basically, in order to measure the magnetostriction of the electrical steel sheet, the measurement accuracy of the device should be about 10-7 meters / meter. This is because the magnetostriction at 1.7 Tesla is about 1x10-6 for oriented electrical steel sheets. Therefore, most of the time is required to align the equipment to measure a single sample, and since the measurement is an analog signal, it takes a long time to analyze it.
참고로, 미국특허 제4041377호에는 A/D 컨버터를 사용하여 얻어진 자기변형의 아날로그값을 디지탈값으로 변환시키는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 미국특허 제2850697호에서 제시한 축전기의 원리를 이용하는 방법에서는 시료의 한쪽끝과 축전기의 다른 극판과의 거리가 절대적으로 평행하여야 계산이 정확해지므로, 이를 위한 시료와 장치의 얼라인먼트는 매우 까다로울 뿐만 아니라, 실제로 시료의 한쪽끝과 다른 극판이 절대적으로 평행을 얻기가 불가능하므로, 대개는 상대적인 값의 경향밖에 알 수 없다는 문제점이 있는 것이다.For reference, US Pat. No. 40,37777 discloses a method of converting an analog value of a magnetostriction obtained by using an A / D converter into a digital value. However, in the method using the principle of the capacitor proposed in US Patent No. 2850697, the calculation is accurate only when the distance between one end of the sample and the other pole plate of the capacitor is accurate, so that the alignment of the sample and the device for this is very difficult. In addition, since one end of the sample and the other electrode plate cannot be absolutely parallel, there is a problem that usually only the tendency of the relative value is known.
따라서, 방향성 전기강판의 자기변형량을 측정하기 위해서는 장치의 측정분해능이 10-7meter/meter정도가 요구되므로, 장치의 진동 및 각 구성요소들의 얼라인먼트가 매우 중요하다. 이런 이유로 상기한 종래의 방법은 시료 한개를 측정하기 위하여 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었던 것이다.Therefore, in order to measure the magnetostriction of the grain-oriented electrical steel sheet, the measurement resolution of the apparatus is about 10-7 meters / meter, so the vibration of the apparatus and the alignment of each component are very important. For this reason, the conventional method described above has a problem that it takes a long time to measure one sample.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 시료의 길이변화에 따라 유도 기전력을 갖는 LVDT(linear variable differential transfomer, 선형가변차동변압기)를 적용하여 장치의 얼라인먼트를 가장 손쉽게 할 수 있고, 짧은 시간은 많은 수의 시료의 측정이 가능토록 하는 전기강판의 자기변형측정장치를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and therefore, an object of the present invention is to apply an alignment of the device by applying a linear variable differential transfomer (LVDT) having an induced electromotive force according to a change in length of a sample. The simplest, shortest time is to provide a magnetostriction measuring apparatus for electrical steel sheet that allows the measurement of large numbers of samples.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 전기강판의 자기변형을 측정하는 장치에 있어서, 시료에 자기장을 부여하고, 자기적 성질을 검출하는 자기검출부; 상기 자기검출부에 의해 부여된 자기장에 의한 상기 시료의 길이변화 측정에 필요한 발진주파수를 생성하는 LVDT발진기와, 상기 LVDT발진기의 발진주파수에 따라 동작하여 시료의 길이변화를 감지하여 출력하는 LVDT센서와, 상기 시료에 밀착 시킨 LVDT센서의 내부코아가 LVDT의 중심부에 위치하도록 조정하는 LVDT위치조정기와, 상기 LVDT센서에서 나오는 미약한 신호를 증폭하여 출력하는 LVDT신호증폭기를 구비하는 LVDT 검출부; 및 전기강판의 자기변형측정을 위해 각부의 동작을 제어하며, 상기 자기검출부 및 LVDT 검출부에서 검출된 아날로그신호를 디지털데이타로 변환하여, 이 디지털데이타를 분석하여 저장하며, 측정한 자기변형치를 디지털로 디스플레이하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Technical means for achieving the above object of the present invention, the device for measuring the magnetic strain of the electrical steel sheet, the magnetic detection unit for applying a magnetic field to the sample and detects the magnetic properties; An LVDT oscillator for generating an oscillation frequency required for measuring the change in length of the sample due to the magnetic field applied by the magnetic detector, an LVDT sensor for operating in accordance with the oscillation frequency of the LVDT oscillator to detect and output a change in length of the sample; An LVDT detector including an LVDT position adjuster for adjusting the core of the LVDT sensor in close contact with the sample to be located at the center of the LVDT, and an LVDT signal amplifier for amplifying and outputting a weak signal from the LVDT sensor; And controlling the operation of each part for measuring the magnetostriction of the electrical steel sheet, converting the analog signal detected by the magnetic detector and the LVDT detector into digital data, analyzing and storing the digital data, and measuring the measured magnetostriction value digitally. And a control unit for displaying.
이하, 본 발명에 따른 전기강판의 자기변형측정장치에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.Hereinafter, a magnetic strain measuring apparatus of an electrical steel sheet according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings referred to in the present invention, components having substantially the same configuration and function will use the same reference numerals.
도 1은 본 발명에 따른 전기강판의 자기변형측정장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 방향성전기강판에 대한 자기변형량-최대자속밀도 특성 그래프이며, 도 3은 본 발명에 따른 자기변형량-PZT 입력전압 특성 그래프이다.1 is a block diagram of a magnetostriction measuring apparatus of an electrical steel sheet according to the present invention, Figure 2 is a magnetic strain-maximum magnetic flux density characteristic graph for a grain-oriented electrical steel sheet according to the present invention, Figure 3 is a magnetic strain amount according to the present invention -PZT input voltage characteristic graph.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기강판의 자기변형을 측정하는 장치는 시료에 자기장을 부여하고, 자기적 성질을 검출하는 자기검출부(10)와, 상기 자기검출부(10)에 의해 부여된 자기장에 의한 시료의 자기변형의 길이를 검출하는 LVDT 검출부(20)와, 전기강판의 자기변형측정을 위해 각부의 동작을 제어하며, 상기 자기검출부(10) 및 LVDT 검출부(20)에서 검출된 아날로그신호를 디지털데이타로 변환하여, 이 디지털데이타를 분석하여 저장하며, 측정한 자기변형치를 디지털로 디스플레이하는 제어부(30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a device for measuring magnetic strain of an electrical steel sheet according to the present invention includes a magnetic detector 10 for imparting a magnetic field to a sample and detecting magnetic properties, and the magnetic detector 10. The LVDT detector 20 detects the length of the magnetostriction of the sample due to the magnetic field, and controls the operation of each part for measuring the magnetostriction of the electrical steel sheet, and the analog detected by the magnetic detector 10 and the LVDT detector 20. The control unit 30 converts the signal into digital data, analyzes and stores the digital data, and digitally displays the measured magnetic strain value.
상기 자기검출부(10)는 코일의 턴(turn)수와 코일의 단면적을 곱한 값을 입력하는 N-A조정기(11)와, 상기 N-A조정기(11)의 정현파를 디지탈화하여 정확하게 정현파로 만들어 공급하는 디지털정현파발생기(12)와, 상기 디지털정현파발생기(12)로부터의 정현파를 실제 측정시 요구되는 크기로 증폭하는 파워앰프(13)와, 상기 파워앰프(13)의 정현파에 따라 시료를 여자시키기 위한 일차코일인 H코일(15)와, 상기 H코일(15)에 의해 여자된 시료로 인한 자속의 변화를 감지하여 이를 유도 기전력으로 바꾸는 B코일(14)와, 대기중의 자성을 기준으로 하기 위한 보상코일(16)와, 상기 H코일(15)의 값을 측정하기 위한 선트저항(17)과, 선트저항(17)의 전단과 후단부의 전압을 증폭 및 측정하여 상기 H코일(15)에 흐르는 전류의 크기를 검출하는 H신호 증폭기(18)와, 상기 여자된 시료(22)의 특성에 따라 유기되는 자속의 변화량(dB/dt)을 적분하여 증폭하는 B신호 적분기(19)로 구성한다.The self-detector 10 inputs a NA regulator 11 for inputting a value obtained by multiplying the number of turns of the coil and the cross-sectional area of the coil, and a digital sine wave for digitizing the sinusoidal wave of the NA regulator 11 to make the sinusoidal wave accurately. Generator 12, a power amplifier 13 for amplifying the sine wave from the digital sine wave generator 12 to the size required for actual measurement, and a primary coil for exciting the sample according to the sine wave of the power amplifier 13 Phosphorous H coil 15, B coil 14 which detects a change in magnetic flux due to the sample excited by the H coil 15 and converts it into induced electromotive force, and a compensation coil based on the magnetism in the atmosphere (16), the shunt resistor 17 for measuring the value of the H coil 15, and the voltage of the front and rear ends of the shunt resistor 17 to amplify and measure the current flowing through the H coil 15 An H signal amplifier 18 for detecting magnitude and the excited sample 2 It consists of the B signal integrator 19 which integrates and amplifies the change amount of the induced magnetic flux (dB / dt) according to the characteristic of 2).
상기 LVDT검출부(20)는 길이측정에 필요한 발진주파수를 생성하는 LVDT발진기(23)와, 발진기(23)의 발진주파수에 따라 동작하여 시료(22)의 길이변화를 감지하는 LVDT센서(21)와, 시료(22)에 밀착 시킨 LVDT센서(21)의 내부코아가 LVDT의 중심부에 위치하도록 조정하는 LVDT위치조정기(24)와, LVDT센서(21)의 위치조절시 정확히 영점조정 상황을 표시하는 발광 다이오드(LED)(25)와, 상기 LVDT센서(21)에서 나오는 미약한 신호를 증폭하는 LVDT신호증폭기(26)와, H신호증폭기(18)의 신호, B신호적분기(19)의 신호 및 LVDT신호증폭기(26)의 신호중 2개의 신호를 선택하는 전환스위치(27)와, 전환스위치(27)를 통한 2개의 신호를 X축 및 Y축상으로 직각방향으로 합성시켜 리샤쥬곡선으로 출력하는 오실로스코프(28)로 구성한다.The LVDT detecting unit 20 is an LVDT oscillator 23 for generating an oscillation frequency required for length measurement, and an LVDT sensor 21 for detecting a change in length of the sample 22 by operating in accordance with the oscillation frequency of the oscillator 23. The LVDT position adjuster 24, which adjusts the core of the LVDT sensor 21 in close contact with the sample 22 to be located at the center of the LVDT, and the light emission to accurately display the zero adjustment situation when the position of the LVDT sensor 21 is adjusted. A diode (LED) 25, an LVDT signal amplifier 26 that amplifies the weak signal from the LVDT sensor 21, a signal of the H signal amplifier 18, a signal of the B signal integrator 19, and an LVDT. An oscilloscope for synthesizing the two signals through the selector switch 27 and selecting the two signals from the signal amplifier 26 at right angles on the X and Y axes, 28).
상기 제어부(30)는 H신호증폭기(18)와 B신호적분기(19) 및 LVDT신호증폭기(26)에서 들어오는 아날로그형태의 H, B 및 자기변형량을 디지탈값으로 변환 시켜주는 주조정기(32)와, 주조정기(32)에 의해 디지탈로 처리된 값을 디스플레이하는 디지털디스플레이(33)와, 전기강판의 자기변형측정을 위해 각부의 동작을 제어하며, 상기 주조정기(32)를 통한 데이터들를 분석하여 저장하는 컴퓨터(31)로 구성한다.The controller 30 includes a main controller 32 for converting H, B, and magnetostrictions in analog form from the H signal amplifier 18, the B signal integrator 19, and the LVDT signal amplifier 26 into digital values. In addition, the digital display 33 displays a digitally processed value by the main controller 32, and controls the operation of each part for measuring the magnetic deformation of the electrical steel sheet, and analyzes the data through the main controller 32. It consists of the computer 31 to store.
이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.Operation according to the device of the present invention configured as described above will be described in detail below based on the accompanying drawings.
본 발명은 종래의 광학시스템 또는 레이저를 사용하는 대신에, 시료의 길이변화에 따라 유도기전력을 갖는 LVDT(linear variable differential transfomer, 선형가변차동변압기)를 적용시켜, 장치의 얼라인먼트를 가장 손쉽게 할 수 있고, 짧은 시간은 많은 수의 시료의 측정이 가능토록 하여, 종래의 방법들이 가지고 있는 단점들을 보완하였으며, 시료의 탈착이 용이하고 장치의 얼라인먼트가 매우 쉬우며, 또한 측정방법도 용이하도록 한 것이다.Instead of using a conventional optical system or a laser, the present invention makes it easy to align the device by applying a linear variable differential transfomer (LVDT) having an induced electromotive force according to a change in length of a sample. The short time allows the measurement of a large number of samples, which compensates for the disadvantages of the conventional methods, and facilitates the removal of the sample, the alignment of the device, and the measurement method.
한편, 지금까지 개발된 LVDT는 길이변화의 정밀도가 10-7에 근접하지 못한 관계로, LVDT를 이용한 방향성전기강판의 자기변형량을 측정하는 장치가 개발되지 못하였지만, 최근에 10-7까지 분해능을 가진 LVDT가 개발되므로 인하여, 이를 이용한 방향성전기강판의 자기변형을 측정하는 장치를 구성하였다. On the other hand, LVDTs developed so far have not been developed to measure the magnetostriction of directional electrical steel sheets using LVDTs. Due to the development of the LVDT with excitation, a device for measuring the magnetostriction of oriented electrical steel sheets was constructed.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명을 설명하면, 먼저, 제어부(30)의 컴퓨터(31)가 사용자(또는 운전자)의 선택에 따라, 자기검출부(10)와 LVDT검출부(20)의 동작을 지시한다.1 to 3, first, the computer 31 of the controller 30 performs operations of the magnetic detector 10 and the LVDT detector 20 according to a selection of a user (or a driver). Instruct.
먼저, 상기 자기검출부(10)에 대한 동작을 설명하면, 상기 자기검출부(10)의 N-A조정기(11)는 H코일(15) 및 B코일(14)의 턴(turn)수와 코일의 단면적을 곱한 값을 입력하는데, 이는 B값을 계산하는데 필요하다. 또한 여기서 코일(14,15)로 공급하는 전류의 크기 즉 B값을 조절 할 수 있다. 상기 자기검출부(10)의 디지털정현파발생기(12)는 상기 N-A조정기(11)의 정현파를 디지탈화하여 측정시 요구되는 정현파로 정확히 만들어 공급하고, 상기 디지털정현파발생기(12)로부터의 정현파를 실제 측정시 요구되는 크기로 파워앰프(13)에서 증폭되어 코일(15,14)로 제공된다.First, the operation of the magnetic detector 10 will be described. The NA regulator 11 of the magnetic detector 10 determines the number of turns of the H coil 15 and the B coil 14 and the cross-sectional area of the coil. Enter the multiplied value, which is needed to calculate the B value. In addition, the magnitude of the current supplied to the coils 14 and 15, that is, the B value can be adjusted. The digital sinusoidal wave generator 12 of the magnetic detector 10 digitizes the sinusoidal wave of the NA regulator 11 to accurately make and supply the sinusoidal wave required for measurement, and the sinusoidal wave from the digital sinusoidal wave generator 12 is actually measured. The power amplifier 13 is amplified to the required size and provided to the coils 15 and 14.
이때, H코일(15)은 상기 파워앰프(13)의 정현파에 따라 시료를 여자시키고, B코일(14)은 상기 H코일(15)에 의해 여자된 시료로 인한 자속의 변화를 감지하여 이를 유도 기전력으로 바꾸어 B신호적분기(19)로 제공한다. 그리고, 보상코일(16)은 시료(22)가 코일(14,15)내부에 없을시의 값 즉 대기중의 자성을 기준으로 하기위하여 코일만을 감아 놓은 것이고, 선트저항(17)은 상기 H코일(15)의 값을 측정하기 위하여 달아 놓은 것으로 저항의 크기는 1오옴(Ω)이다. At this time, the H coil 15 excites the sample according to the sine wave of the power amplifier 13, the B coil 14 detects the change in the magnetic flux due to the sample excited by the H coil 15 to induce this It is converted into electromotive force and provided to the B signal integrator 19. In addition, the compensation coil 16 is a coil wound on the basis of the value when the sample 22 is not present in the coils 14 and 15, that is, the magnetism in the air, and the shunt resistor 17 is the H coil. It is attached to measure the value of (15) and the resistance is 1 ohm.
한편, 코일(14,15)에 공급된 전류가 부족할시는 B코일(14)에서 B신호적분기(19)로 가는 선로상에서 다시 피드백되어 지며, 이에따라 피드백신호를 받았을시 파워앰프(13)가 코일(14,15)에 피드백의 신호에 따라 증폭의 정도를 조절한다. On the other hand, when the current supplied to the coils 14 and 15 is insufficient, it is fed back on the line from the B coil 14 to the B signal integrator 19. Accordingly, when the feedback signal is received, the power amplifier 13 receives the coil. Adjust the degree of amplification according to the feedback signal at (14, 15).
H신호 증폭기(18)는 선트저항(17)의 전단과 후단부의 전압을 증폭 및 측정하여 상기 H코일(15)에 흐르는 전류의 크기를 검출하여 주조정기(32)로 제공하고, B신호 적분기(19)는 상기 여자된 시료(22)의 특성에 따라 유기되는 자속의 변화량(dB/dt)을 적분하여 증폭하여 상기 주조정기(32)으로 제공한다.The H signal amplifier 18 amplifies and measures the voltages at the front and rear ends of the shunt resistor 17, detects the magnitude of the current flowing through the H coil 15, and provides it to the main regulator 32, and the B signal integrator ( 19) integrates and amplifies the change amount (dB / dt) of the induced magnetic flux according to the characteristics of the excited sample 22 and provides it to the main controller 32.
다음으로, 상기 LVDT검출부(20)의 동작에 대해서 설명하면, 상기 LVDT검출부(20)의 LVDT발진기(23)는 LVDT센서(21)가 시료(22)의 길이변화를 감지하기 위하여 동작하는데 필요한 발진주파수를 생성하여, LVDT센서(21)로 제공하며, 본 발명에 사용된 LVDT의 특성은 구동 주파수는 28KHz이고, 분해능은 0.5x10-7이다.Next, the operation of the LVDT detection unit 20 will be described. The LVDT oscillator 23 of the LVDT detection unit 20 is an oscillation necessary for the LVDT sensor 21 to operate in order to detect a change in length of the sample 22. The frequency is generated and provided to the LVDT sensor 21. The characteristics of the LVDT used in the present invention is 28 KHz, and the resolution is 0.5x10-7.
그리고, LVDT센서(21)는 시료가 교류전류파형에서 자기변형, 즉 시료길이의 변화가 반복적으로 나타낼 경우에, 이 길이변화가 LVDT내부의 코아를 시료의 자기변형 양만큼 밀어주게 된다. 이때 LVDT내부에서는 코아가 움직인 거리에 정확히 비례하여 유도자장 및 유도 기전력의 변화가 생기게 된다.In the case where the sample repeatedly exhibits magnetostriction, that is, a change in sample length, in the AC current waveform, the LVDT sensor 21 pushes the core inside the LVDT by the amount of magnetostriction of the sample. At this time, inside the LVDT, the induced magnetic field and induced electromotive force change in proportion to the distance traveled by the core.
또한, LVDT위치조정기(24)는 시료(22)에 밀착 시킨 LVDT센서(21) 내부코아가 LVDT의 중심부에 위치해야 정밀한 측정값을 얻을 수 있기 때문에 LVDT(24)의 위치를 정밀하게 측정하기 위한 것이고, 위치조정LED(25)는 LVDT(24)의 위치를 조절할때 정확히 영점의 위치에 놓기 위한 것으로, 발광 다이오드(LED)가 LVDT센서(21)가 좌측 또는 우측으로 편기될 때, 우측 또는 좌측의 다이오드에서 빛을 내도록 하여 LVDT센서(21)의 한쪽으로 치우침을 알 수 있도록 한 것이다.In addition, since the LVDT position adjuster 24 has an internal core of the LVDT sensor 21 in close contact with the sample 22 to be positioned at the center of the LVDT, precise measurement values can be obtained to accurately measure the position of the LVDT 24. The position adjusting LED 25 is for accurately positioning the position of the LVDT 24 when the position of the LVDT 24 is adjusted. The light emitting diode (LED) is right or left when the LVDT sensor 21 is biased left or right. By emitting light from the diode of the LVDT sensor 21 to know the bias.
그 다음, LVDT신호증폭기(26)는 LVDT센서(21)에서 나오는 미약한 신호를 증폭하여 제공하며, 전환스위치(27)는 H신호증폭기(18), B신호적분기(19) 및 LVDT신호증폭기(26)에서 나오는 신호들을 2개씩 선별하여 오실로스코프(28)의 X축 또는 Y축으로 공급한다.The LVDT signal amplifier 26 then amplifies and provides a weak signal from the LVDT sensor 21, and the changeover switch 27 provides the H signal amplifier 18, the B signal integrator 19 and the LVDT signal amplifier ( 26) two signals are separated from each other and supplied to the X or Y axis of the oscilloscope 28.
이때, 오실로스코프(28)는 전환스위치(27)를 통하여 들어오는 2가지의 신호를 X축 또는 Y축상에 나타내거나 또는 두개의 데이타를 합성하여 리샤쥬도형을 만드는 역할을 한다. At this time, the oscilloscope 28 represents two signals coming through the changeover switch 27 on the X-axis or the Y-axis, or combines two data to form a reshaping diagram.
마지막으로, 상기 제어부(30)의 동작에 대해서 설명하면, 상기 주조정기(32)는 전술한 바와같이, 시료와 측정조건에 관련된 변수들을 입력하는 곳이면서, 동시에 H신호증폭기(18)과 B신호적분기로 부터 들어오는 아날로그값을 디지탈값으로 변환시키는 역할을 한다.Finally, the operation of the controller 30 will be described. The main controller 32 is a place for inputting the variables related to the sample and the measurement condition as described above, and at the same time, the H signal amplifier 18 and the B signal. It converts analog value from integrator into digital value.
그리고, 디지탈 디스플레이(33)는 H신호증폭기(18)과 B신호적분기(19) 및 LVDT신호증폭기(26)에서 들어오는 아날로그형태의 H, B 및 자기변형량을 주조정기(32)을 거치면서 디지탈값으로 변화된 것을 화면으로 디스플레이한다. 최대자속밀도(Bmax), 최대자장세기(Hmax), 자기변형량의 총진폭(λpp) 및 B가 0(영)일때의 자기변형량(λi)을 나타내도록 하였다.The digital display 33 receives the digital values of the H, B, and magnetostrictions in analog form from the H signal amplifier 18, the B signal integrator 19, and the LVDT signal amplifier 26 through the main controller 32. Display the changed on the screen. The maximum magnetic flux density (Bmax), the maximum magnetic field strength (Hmax), the total amplitude of the magnetostriction (λpp), and the magnetostriction (λi) when B is 0 (zero) are shown.
그리고, 제어부(30)의 컴퓨터(31)는 주조정기(32)을 거쳐 나오는 데이타들의 평균을 취하거나, 퓨리에분석 및 저장한다.The computer 31 of the controller 30 takes the average of the data passing through the main controller 32, or analyzes and stores the Fourier.
전술한 바와같은 본 발명은 자기적 성질을 측정하는 전자기적 회로와 LVDT와 관련된 회로를 결합시켜 오실로스코프에서 x축에는 자속밀도와 y축에는 자기변형 및 x축에는 자장의 세기와 y축에는 자기변형량에 대한 결과곡선을 얻었고, A/D 컨버터를 이용하여 오실로스코프에 나타난 아날로그데이타를 디지탈로 바꾸어 각각의 값들을 정밀하게 비교분석이 가능하게 하였다.As described above, the present invention combines an electromagnetic circuit for measuring magnetic properties with a circuit related to LVDT, so that the magnetic flux density on the x-axis and the magnetic strain on the y-axis and the magnetic strain on the y-axis and the magnetic strain on the y-axis in the oscilloscope The result curve was obtained, and the analog data shown in the oscilloscope were converted to digital by using the A / D converter, so that each value could be compared and analyzed precisely.
실시예1Example 1
두께 0.3mm의 방향성전기강판의 최종제품을 이용하여 자기변형을 측정하였다. 우선 시료(22)를 폭 30mm, 길이 300mm가 되게 자른뒤 잘린 부위에 생긴 버(burr)를 완전히 제거한 후 스트레스 제거 열처리를 실시하였다. 스트레스 제거 열처리조건은 800℃에서 3시간 열처리후 약 8시간에 걸쳐 상온까지 서서히 냉각하였으며, 노내의 분위기는 100% 질소로 하였다. The magnetostriction was measured using the final product of oriented electrical steel sheet 0.3 mm thick. First, the sample 22 was cut to a width of 30 mm and a length of 300 mm, and then burrs formed on the cut portions were completely removed, followed by a stress removing heat treatment. The stress relief heat treatment condition was gradually cooled to room temperature over 800 hours after heat treatment at 800 ° C. for 3 hours, and the atmosphere in the furnace was 100% nitrogen.
이후 시료(22)의 무게를 측정하여 컴퓨터에 입력하고, 코일(14,15)의 턴수와 단면적을 나타내는 N-A값을 N-A조정기(11)에 입력하였다. 시료(22)를 코일(14,15)내에 삽입하여 시료의 한쪽 끝을 클램프로 고정하였다. 시료(22)의 다른 한쪽 끝에 LVDT센서(21)를 밀착하여 LVDT위치조정기(24)와 LVDT위치조정LED(25)를 이용하여 LVDT센서(21)를 정위치에 놓는다. Thereafter, the weight of the sample 22 was measured and input to the computer, and the N-A value indicating the number of turns and the cross-sectional area of the coils 14 and 15 was input to the N-A regulator 11. The sample 22 was inserted into the coils 14 and 15 to fix one end of the sample with a clamp. The LVDT sensor 21 is brought into close contact with the other end of the sample 22, and the LVDT sensor 21 is placed in the correct position using the LVDT position adjuster 24 and the LVDT position adjusting LED 25.
주조정기(32)에서 자장의 세기를 높이도록 명령을 하면 컴퓨터(31)과 N-A조정기(11)에서의 정보를 참고로 하여 디지탈 정현파발생기(12)가 파형을 만들게 된다. 이 파형은 파워앰프(13)에서 증폭이 되어 일차코일인 H코일(15)에 공급된다. H코일(15)에 발생되는 자장의 세기는 선트저항(17) 전후로 전압을 측정하여 계산되어진다. 한편 H코일(15)에 의한 자장과 시료(22)에 의하여 B코일(14)에는 자속의 변화가 생기게 된다. 이는 B신호적분기(19)에서 적분을 취하고 증폭하여 자속밀도값으로 읽을 수 있게 된다. When the main regulator 32 is commanded to increase the strength of the magnetic field, the digital sine wave generator 12 generates a waveform with reference to the information from the computer 31 and the N-A regulator 11. This waveform is amplified by the power amplifier 13 and supplied to the H coil 15 which is the primary coil. The strength of the magnetic field generated in the H coil 15 is calculated by measuring the voltage before and after the shunt resistor 17. On the other hand, the magnetic flux by the H coil 15 and the sample 22 cause the B coil 14 to change in magnetic flux. This can be integrated by the B signal integrator 19, amplified, and read as a magnetic flux density value.
LVDT센서(21)를 통한 시료의 자장에 따른 길이의 변화는 LVDT신호증폭기(26)을 거쳐 오실로스코프(28)에 나타나게 된다. 이때 B,H 및 λ값중 전환스위치(27)를 이용하여 2개를 선택하여 곡선을 볼 수 있다. 동시에 오실로스코프(28)상에 나타난 그림을 주조정기(32)을 통하여 디지탈신호로 변환되어 디지탈디스플레이(33)에 숫자로 크기가 나타난다. 매 측정시마다 얻어진 자료들은 컴퓨터(31)에 저장되어 원하는 형태의 그림으로 볼 수가 있으며, 또한 자기변형그래프를 퓨리에분석등의 작업도 할 수 있다. The change in length according to the magnetic field of the sample through the LVDT sensor 21 is displayed on the oscilloscope 28 via the LVDT signal amplifier 26. At this time, two of the B, H and λ value can be selected using the changeover switch 27 to see the curve. At the same time, the picture displayed on the oscilloscope 28 is converted into a digital signal through the main controller 32 so that the size is displayed numerically on the digital display 33. The data obtained at each measurement can be stored in the computer 31 to be viewed as a picture of a desired shape, and also the Fourier analysis of the magnetostrictive graph can be performed.
도 2에 본 장치를 이용하여 측정한 방향성전기강판의 최대자속밀도에 따른 자기변형량을 나타내었다. Figure 2 shows the magnetostriction according to the maximum magnetic flux density of the grain-oriented electrical steel sheet measured using this apparatus.
실시예2Example 2
발명된 장치중 LVDT센서(21)와 관련된 부분의 기능이 제대로 된 것인지를 확인하기 위한 실험을 하였다. 장치의 검증은 PZT(Piezoactuator)를 이용하였다. PZT는 전압을 인가하면 일정 양만큼 길이가 늘어나는 특성이 있다. PZT는 독일 Gmbh, Piezomechanik사의 것으로 모델명은 PSt 150/5/40 Gh10 이였다. 여기서 150은 PZT에 인입 가능한 최대전압을 나타내며, 5는 지름이 5mm인 것을 말하고, 40은 스트로크되는 거리가 최대 40㎛를 말한다. 제 3도에 x축에 PZT에 가해지는 전압을, y축에 LVDT센서로 얻어지는 길이의 변화를 나타내었다. An experiment was carried out to check whether the function of the part related to the LVDT sensor 21 of the invented device is correct. Validation of the device was done using PZT (Piezoactuator). PZT is characterized in that the length is increased by a certain amount when a voltage is applied. PZT is from Gmbh, Piezomechanik, Germany, and it is named PSt 150/5/40 Gh10. Here, 150 denotes the maximum voltage that can be drawn into the PZT, 5 denotes a diameter of 5mm, and 40 denotes a maximum stroke distance of 40 μm. In FIG. 3, the voltage applied to PZT on the x-axis and the length obtained by the LVDT sensor on the y-axis are shown.
도 3에서 서로가 거의 선형적으로 비례하는 것을 볼 수 있다. 얻어진 결과가 완벽하게 선형적이 아닌 것은 PZT와 LVDT양쪽 모두가 약간의 오차를 가지고 있기 때문으로 생각된다. It can be seen in Figure 3 that they are approximately linearly proportional to each other. The result obtained is not perfectly linear because both PZT and LVDT have some errors.
상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 시료의 길이변화에 따라 유도기전력을 갖는 LVDT(linear variable differential transfomer, 선형가변차동변압기)를 적용하여 장치의 얼라인먼트를 가장 손쉽게 할 수 있고, 짧은 시간은 많은 수의 시료의 측정이 가능토록 하는 특별한 효과가 있는 것이다. According to the present invention as described above, the alignment of the device can be most easily by applying a linear variable differential transfomer (LVDT) having an induced electromotive force according to the change of the length of the sample, the short time is a large number of There is a special effect that allows the measurement of the sample.
이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.The above description is only a description of one embodiment of the present invention, the present invention is capable of various changes and modifications within the scope of the configuration.
도 1은 본 발명에 따른 전기강판의 자기변형측정장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a magnetostriction measuring apparatus of an electrical steel sheet according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 방향성전기강판에 대한 자기변형량-최대자속밀도 특성 그래프이다.2 is a graph of magnetostriction-maximum magnetic flux density characteristics of a grain-oriented electrical steel sheet according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 자기변형량-PZT 입력전압 특성 그래프이다.3 is a graph of magnetostriction-PZT input voltage characteristics according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 자기검출부 11 : N-A 조정기10: magnetic detector 11: N-A regulator
12 : 디지털 정현파발생기 13 : 파워앰프12 digital sine wave generator 13 power amplifier
14 : B코일 15 : H코일14: B coil 15: H coil
16 : 보상코일 17 : 선트저항16: compensation coil 17: shunt resistance
18 : H신호증폭기 19 : B신호적분기18: H signal amplifier 19: B signal integrator
20 : LVDT 검출부 21 : LVDT센서20: LVDT detector 21: LVDT sensor
22 : 시료 23 : LVDT발진기22 sample 23 LVDT oscillator
24 : LVDT위치조정기 25 : 위치조정LED24: LVDT position adjuster 25: Position adjust LED
26 : LVDT 신호증폭기 27 : 전환 스위치26: LVDT signal amplifier 27: changeover switch
28 : 오실로스코프 29 : 디지털 디스플레이28: oscilloscope 29: digital display
30 : 제어부 31 : 컴퓨터30 control unit 31 computer
32 : 주조정기 33 : 디지털 디스플레이32: main controller 33: digital display
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