專利名稱：一種用數字存儲示波器觀測交流磁滯回線的實驗方法
技術領域：
本發明屬于電磁檢測技術領域，涉及一種用數字存儲示波器觀測軟磁材料交流磁滯回線的實驗方法。
背景技術：
軟磁材料的應用已非常廣泛。觀測軟磁材料的交流磁滯回線并測出相應的動態磁參數，對認識軟磁材料的磁性質、合理使用軟磁材料和研制新型軟磁材料都有著十分重要的意義。示波器法是觀測軟磁材料交流磁滯回線和動態磁參數最常用的一種方法。雖然隨著現代科學技術的不斷發展，已經有測量精度更高的方法，但示波器法其測量線路結構簡單，測量過程的物理意義簡單明了而且直觀，更有助于認識軟磁材料的特性。所以，迄今許多高等學校物理實驗課程開設的磁滯回線實驗還常用這種方法。但交流磁滯回線的形狀受很多測量因素的影響。其中影響最大的是磁化場周期性變化的頻率。回線形狀隨磁化場的頻率而變化，反映了磁芯的渦流損耗、動態磁滯損耗等隨磁化場的頻率而變化，也就是隨H或B變化的速率而變化，相應地其動態磁參數也不相同。所以工程上要根據其實際使用頻率進行測量。影響大的另一種因素就是磁化場變化的波形。同一個樣品在同一頻率和相同的最大磁感應強度Bm的條件下，磁化場的波形不同，回線的形狀也明顯不同。這一現象表明，B在相同的T/2的時間內從相同的一 Bm變到+Bm時，因在各個時間段B變化的具體速率不同也使回線的形狀發生顯著的變化。這更進一步表明H和B變化的速率對軟磁材料的動態磁滯和損耗等產生的強烈影響。因此，在討論軟磁材料的動態磁性時，不僅必須給定H和B變化的頻率，同時還要指定H或B變化的波形。因此很難制定一個檢測軟磁材料的動態磁參數的統一標準。因為用于電能傳輸的變壓器大多數都在接近B正弦條件下工作，所以國際上規定在“B正弦”條件下測量軟磁材料的動態磁參數，以便數據的統一和比對。所謂在“B正弦”條件下測量，就是指在測量軟磁材料樣品的交流磁滯回線的全過程中，包括樣品被交流磁化到其B的動態范圍接近正、負飽和區的情況，都要求軟磁材料樣品中的B仍然按正弦規律變化。但在技術上有時很難實現“B正弦”條件。例如，當樣品被交流磁化到接近飽和時就很難滿足“B正弦”條件，導致在此區域的測量結果誤差大。有人提出在“B三角波”條件下測量軟磁材料的交流磁滯回線及有關的動態磁參數，當樣品被交流磁化到其B值接近飽和時也因為不能滿足“B三角波”條件導致測量誤差大。而軟磁材料在實際應用中往往在接近飽和的磁感應強度下工作，需要較準確地測試在低頻高磁感應強度下的動態磁參數，因此需要研究能夠完成這類測試任務的實驗方法。
發明內容
本發明的目的是為克服上述已有技術的不足，提供一種可減少測交流磁滯回線失真、提高測動態磁參數精度的用數字存儲示波器觀測軟磁材料交流磁滯回線的實驗方法。該方法能夠較準確的測量樣品被交流磁化到其B值接近飽和時的交流磁滯回線及其動態磁參數。
本發明方法是:
(I)先設計一個交流三角波電流恒流源電路，如附圖2所示，該電路包括電子積分器、雙向幅值檢測與控制電路、D觸發器、模擬開關和電壓/電流轉換與恒流控制電路。其中模擬開關(A)的輸入端接電源-V，其輸出端接電子積分器的輸入端，其控制端接D觸發器的Q端。模擬開關(B)的輸入端接電源，其輸出端也接電子積分器的輸入端，其控制端接D觸發器的“Q非”端。電子積分器主要包括LF356集成運算放大器，該電子積分器采用典型的反向積分電路，其輸出端接分壓器的輸入端和雙向幅值檢測與控制電路的輸入端。雙向幅值檢測與控制電路包括負峰值檢測與控制比較器(I)和正峰值檢測與控制比較器(2)，其中，負峰值檢測與控制比較器(I)的(+ )端接參考電源一 VMf，其(一)端接電子積分器的輸出端，其輸出端接D觸發器的“S非”端；正峰值檢測與控制比較器(2)的(+ )端也接電子積分器的輸出端，其(一)端接參考電源+VMf，其輸出端接D觸發器的“R非”端。分壓器電路由12個相同阻值的電阻串聯組成，由12位的波段開關控制選擇其輸出電壓，其輸出端接電壓/電流轉換與恒流控制電路的輸入端。電壓/電流轉換與恒流控制電路主要由TDA2040集成功放元件組成，該電路的結構與同向放大器基本相同，但有一點不同，如附圖1、附圖2所示，其負反饋輸入端不接功放的輸出端，而是與負反饋取樣電阻R1的一端連接，R1的另一端接地。勵磁線圈作為該電路的負載，其一端接功放的輸出端，其另一端接該電路的負反饋輸入端。所述的電源_V、+V、參考電源一 VMf、參考電源+VMf，分別根據所需電壓選用集成的標準電源元件，其電壓精確、穩定、一致性好，便于匹配，而且小巧、便宜。(2)如附圖1所示，在軟磁材料環形磁芯樣品(I)上，繞有一副勵磁線圈(2)和一副檢測線圈(3)。將勵磁線圈作為交流三角波電流恒流源電路的負載接到該電路的輸出端，使通過勵磁線圈的勵磁電流A的波形為穩定的三角波；當該樣品被交流磁化到其B值的動態范圍接近飽和區時，雖然勵磁線圈的感抗在不斷地急劇變化，但勵磁電流A的波形仍然為穩定的三角波，其幅值和波形保持不變，從而使該樣品內勵磁磁場強度H=N1Y1"的波形也為穩定的三角波，其幅值和波形也保持不變，如附圖7和附圖10所示。可將這種勵磁方式稱之為“H三角波”條件，或“H三角波”條件的勵磁方式；這也是本項發明的關鍵。上式中，N1為勵磁線圈的匝數，I為磁環的等效周長，它們的數值已知。只要保持交流三角波電流恒流源電路的輸入端的三角波電壓的幅值和周期T不變，就可使交流三角波勵磁電流的幅值和周期T不變，從而使該樣品內V變化的速率其大小I dH/dt I = I 4Hm/T I保持不變，創造了在H均勻變化的情況下觀測B值的變化規律的條件，使測得的交流磁滯回線能更好地反映該樣品內B的數值與H的數值之間的函數關系，為準確測繪交流磁化曲線創造了有利條件。采用這種方法，能夠較好的解決當樣品被交流磁化到其B值接近飽和時，較準確地測量其交流磁滯回線和有關的磁參數的問題。(3)如附圖1所示，R1既是該電路負反饋的取樣電阻，也是勵磁電流士的取樣電阻。從R1兩端提取的電SVh= I1 R1，直接送到數字存儲示波器(6)的X輸入端直流耦合輸入。(4)檢測線圈(3)輸出的感應電動勢，經過電子積分器積分得到反映磁芯中磁感應強度B的信號V,。但該電子積分器采用的是典型的“反向積分器”的結構，會產生180°的附加相移，因此需要使上述信號匕再通過一個反向放大器以抵消該“電子積分器”產生的附加相移，然后直接送到數字存儲示波器的Y輸入端直流耦合輸入。
(5)數字存儲示波器采用XY掃描方式。調節示波器兩個通道的放大倍率，使在屏幕上顯示大小適中有利于測量的交流磁滯回線。所謂“大小適中有利于測量”，指的是在保持波形完整的條件下使波形盡可能的大，以充分發揮數字存儲示波器的測量精度，如附圖
3、5、6、8、9等所示。實驗結果表明這種交流磁滯回線具有對稱性，所以將回線的中心調到屏幕的中心，則過屏幕中心的橫線就是H坐標軸；過屏幕中心的豎線就是B坐標軸，如附圖5、附圖8所示。(6)實驗結果表明，在“H三角波”條件下測得的交流磁滯回線，回線的兩端都是尖的，如附圖3、5、8所示；回線尖端點的Vh和Vb的數值，分別就是該回線上Vh和Vb的峰值VHm和V伽。利用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，根據回線具有的對稱性，采用如附圖3所示的方法，容易測出^和Van的數值，測量精度可達1%。(7)根據安培環路定理可得Hm=N1Ylm";根據歐姆定理可得于是可得Hm=(N1ZVR1)其中，Ah= N1ZVR1 是該磁滯回線上磁場強度的最大值。已知
且已測出Κ.，則可求出見。已知丸，利用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，根據飽和磁滯回線，如附圖8所示，可測出該回線與H坐標軸的交點的坐標，就可求出樣品的動態矯頑力Hc。(8)根據法拉第電磁感應定律可得:丨e2丨=丨(Ιψ/dt丨=丨N2SdB/dt |， 將內通過電子積分器積分，可得欠=0^/#25.)，其中，久為副線圈的匝數為磁
環的橫截面積，￥為電子積分器的積分常數(這些參數都已知)，K-為電子積分器的輸出電壓，如附圖5所示，可從磁滯回線上測出，于是可求出足。已知A=(R2C/N2S)，利用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，根據飽和磁滯回線，測出該回線與B坐標軸的交點的坐標，可求出樣品的動態剩余磁感應強度4。(9)調節控制三角波電壓幅值的波段開關，即可調節交流三角波電流恒流源電路輸出的三角波電流的幅值。調節該波段開關，使勵磁電流A從最小依次逐檔調到最大，或從最大依次逐檔調到最小，使A依次分別取不同的數值，就分別得到相應的穩定的交流磁滯回線。分別測出這些達到穩定狀態的回線尖端點的坐標(// .，兄,.)，就可畫出交流磁化曲線，求出相應的幅值磁導率 H曲線，其中A3=BnZH1^(10)將e2送到數字存儲示波器的Y輸入端，Ve信號仍然送到數字存儲示波器的X輸入端，示波器仍然采用XY掃描方式，如附圖6、9所示，在示波器屏幕上可直接顯示微分磁導率μ d #曲線，其中yd=(W(W。本發明方法具有可減少測交流磁滯回線的失真，提高測動態磁參數的精度的有益效果，具體體現在:
1、梅文余在機械工業出版社出版的《動態磁性測量》一書中的第二章第一節指出，同一個軟磁材料磁芯樣品，在相同的勵磁頻率和相同的最大磁感應強度Bm的條件下進行交流磁化，當H的波形保持為正弦形時(即所謂“H正弦”條件)其交流磁滯回線的面積最大；B的波形保持為正弦形時(即所謂“B正弦”條件)其回線的面積最小出或B為其它形狀時回線的面積介于這兩者之間。所謂“B正弦”條件，就是要求該樣品中的B值按正弦規律變化。當該樣品被交流磁化到接近飽和甚至進入飽和狀態時，該條件顯然不能滿足，導致該方案在此情況下的測量誤差大。 “B三角波”條件也存在同樣的問題。為解決此類問題，我們提出了使勵磁磁場強度H的波形保持為三角波的方案。也可稱之為“H三角波”條件。本發明研制了一種交流三角波電流恒流源電路，將軟磁材料磁芯樣品的勵磁線圈作為該電路的負載，可使勵磁電流4的波形保持為穩定的三角波，根據安培環路定理H=N1Y1", H也為穩定的三角波。其突出特點是，在交流勵磁使該樣品中的B值雙向都交替地接近飽和時，勵磁線圈的感抗在不斷地急劇變化，但勵磁線圈中的勵磁電流4的波形仍能保持為穩定的三角波，其幅值和波形都保持不變，該樣品內勵磁磁場強度H的波形也仍然為穩定的三角波，如附圖7、附圖10所示，其幅值和形狀都不變，即仍然能滿足“H三角波”條件。而且，只要保持交流三角波勵磁電流A的幅值和周期不變，就可以使該樣品內"變化的速率其大小I dH/dt I = I 4Hm/T I保持不變，創造了在H均勻變化的條件下觀測B值的變化規律，從而突出了//的數值大小的作用，使測得的交流磁滯回線能更好地反映磁芯內B的數值與H的數值之間的函數關系(包括動態磁化到使該樣品中的B值達到飽和的情況)，為準確測繪交流磁化曲線創造了有利條件。2、因為 I e2 I = I d ψ/dt | = | N2S (dB/dt) | = | N2S (dB/dH) (dH/dt) |，軟磁材料的微分磁導率 Z^=dB/dH，已知 I dH/dt I =4Hm/T=4fHm，可得 z/,=e2/ (4f N2SHm)=^e2，其中L=I/ (4f N2SHm), f為三角波的頻率。于是可知在“H三角波”條件下P d與e2成正比，且比例系數已知；又有H4hVh，，其中丸=N1ZVR1!已知。所以，將e2接到示波器的Y輸入端，Vh信號仍然接到示波器的X輸入端。示波器采用XY掃描方式，則示波器屏幕上的縱坐標軸就代表U d坐標軸；橫坐標軸就代表H坐標軸，于是在示波器屏幕上顯示的就是動態 H曲線，如附圖6、附圖9所示。3、因為在“H三角波”條件下測得的交流磁滯回線，如附圖3、5、8所示，該回線不僅具有對稱性，而且該回線的兩端都是尖的，尖端點的V1^P Vb的數值，分別就是該回線上Vh和Vb的峰值、和KBm。用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，用如附圖3所示的方法，容易測出Vhi^PVbdi的數值。一般數字存儲示波器采用8比特的A/D轉換器，其量化誤差小于1LSB，所以測電壓的精度可達 到1%。根據公SHm=4VHn^PBm=4VBm，其中丸=N1^R1 (R2C/N2S)，于是可分別求得/4和足。測出一系列交流磁滯回線的/4和足，就可畫出交流磁化曲線，求出幅值磁導率 "曲線。并可測定交流飽和磁滯回線的動態尾、足和這種方法的測量精度較高，能夠較準確的測量樣品被交流磁化到其B值接近飽和時的交流磁滯回線及有關的動態磁參數；測量動態磁參數時，測量過程的物理意義簡單明了而且直觀，所以很適宜用于開設物理實驗，特別是用來做演示實驗，也可用于工程測量。
圖1為本發明方法原理框 圖2為交流三角波電流恒流源電路的原理框 圖3為實驗樣品I在瑞利區交流磁化時的磁滯回線；
圖3A為測交流磁滯回線的2VBm示意 圖3B為測交流磁滯回線的ZVail示意 圖4為實驗樣品I在瑞利區交流磁化時的//和A的波形；
圖5為實驗樣品I的交流飽和磁滯回線；
圖6為實驗樣品I的動態微分磁導率 H曲線； 圖7為實驗樣品I交流磁化到深度飽和時"和A的波形 圖8為實驗樣品2的交流飽和磁滯回線；
圖9為實驗樣品2的動態微分磁導率μ d H曲線；
圖10為實驗樣品2交流磁化到飽和時"和A的波形圖。
具體實施例方式本發明方法具體步驟:
如附圖2所示，研制了一種交流三角波電流恒流源電路⑷。該電路由電子積分器、雙向幅值檢測與控制電路、D觸發器、模擬開關和電壓/電流轉換與恒流控制電路5大部分組成。該電路的基本工作原理如下:電路剛接通電源時，D觸發器的狀態是隨機的，假設Q為0，“Q非”為1，使模擬開關⑶接通電源+V，電子積分器輸出電壓線性下降。當下降到低于負峰值控制比較器的閾值電平時，該比較器輸出為低電平，使D觸發器置1，即Q為1，“Q非”為0，于是轉換為使模擬開關(A)接通電源-V，使電子積分器輸出電壓線性上升。當上升到高于正峰值控制比較器的閾值電平時，該比較器輸出為低電平，使D觸發器置0，即Q為0，“Q非”為1，于是開始下一個循環周期。電子積分器輸出的三角波電壓，經分壓控制波段開關選擇輸出電壓的幅值，再經電壓/電流轉換與恒流控制電路轉換成(三角波)交流恒流電流通過勵磁線圈(2 )進行勵磁。在勵磁過程中，雖然勵磁線圈的感抗不斷地發生變化，但通過它的三角波電流的幅值和形狀都能保持不變，使得該樣品內勵磁磁場強度H的波形也為穩定的三角波，如附圖7和附圖10所示，其幅值和波形也保持不變。調節控制三角波電壓幅值的波段開關，增大三角波電壓的幅值，以增大交流三角波電流恒流源輸出電流的幅值，該樣品內勵磁磁場強度H的幅值也隨著增大。當H增大到使該樣品內的B值達到飽和時，H的波形仍然保持為三角波，仍然能滿足“H三角波”條件，使測量結果穩定、可靠。該電路中的電壓源+V、一 V、+VMf和一 VMf都采用集成的標準電源元件，其電壓精確、穩定、一致性好，便于匹配，使產生的三角波電壓幅度穩定，頻率穩定，波形對稱性好，線性度好；而且其結構小巧，價格便宜。如附圖1所示，在軟磁材料環形磁芯樣品⑴上繞有勵磁線圈⑵和檢測線圈⑶。將勵磁線圈⑵作為交流三角波電流恒流源電路⑷的負載接在該電路的輸出端，使勵磁線圈⑵中的勵磁電流A的波形為穩定的三角波，從而使得在該樣品⑴內產生的勵磁磁場強度H=N1Y1"的波形也為穩定的三角波，如附圖7、10所示。式中N1為勵磁線圈⑵的匝數，I為該樣品的等效周長。如附圖1所示，將一個小電阻&的一端接在該電路的負反饋輸入端，另一端接地。R1既是該電路負反饋信號的取樣電阻，也是勵磁電流4的取樣電阻。從R1兩端提取的電壓Vh= I1 R1，直接送到數字存儲示波器(6)的X輸入端直流耦合輸入。檢測線圈(3)輸出的感應電動勢e2，經過電子積分器積分得到反映該樣品中磁感應強度B的信號VB。但該電子積分器產生了 180°的附加相移，所以需要再經過反向放大器進行相位補償，然后接到數字存儲示波器(6)的Y輸入端直流耦合輸入。數字存儲示波器采用XY掃描方式，調節示波器兩個通道的放大倍率，使在屏幕上顯示大小適中便于測量的交流磁滯回線，如附圖3、5、8所示。因為在“H三角”條件下測得的交流磁滯回線具有很好的對稱性，所以將回線的中心調到屏幕的中心，則過屏幕中心的橫線就是//坐標軸；過屏幕中心的豎線就是A坐標軸。因為在“H三角波”條件下測量的交流磁滯回線，如附圖3、5、8所示，這種交流磁滯回線不僅具有對稱性，而且回線尖端點的V1^P Vb的數值，分別是該回線上V1^P Vb的峰值電壓I和L的數值。用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，用如圖3所示的方法，容易測出KHm和KBm的數值，測量精度可達到1%。根據安培環路定理可得Hm=N1Y Jl ;根據歐姆定理可得^R1，于是可求得Hm=N1 VamZVR1 =iHVHm。已知^h,從飽和磁滯回線上,測出回線與H坐標軸的交點的坐標,可求出樣品的動態矯頑力盡。根據法拉第電磁感應定律,可得:丨e2丨=丨dF/dt I = I N2SdB/dt | ,通過電子積分器將e2對時間t積分，可得Bm= (R2C/N2S)VBm4BVBm，其中，久為副線圈的匝數J為磁環的橫截面積，￥為電子積分器的積分常數，A= (R2C/N2S)。已知4，從飽和磁滯回線上，測出磁滯回線與A坐標軸的交點的坐標，即可求出動態剩余磁磁感應強度4。調節勵磁電流Y1依次取一系列不同的數值，分別得到相應的穩定的交流磁滯回線，測出這些回線尖端點的坐標0/ .，1)，可畫出交流磁化曲線，并求出相應的幅值磁導率' //曲線，其中'=i m///m。將內接到數字存儲示波器的Y輸入端，Kh信號送到數字存儲示波器的X輸入端，示波器采用XY掃描方式，如附圖6、9所示，在示波器屏幕上可直接顯示動態微分磁導率μ d "曲線，其中yd=(W(W。實驗及結果:
從市場上隨機買了幾種軟磁材料環形磁芯當實驗樣品，用本發明的實驗方法對這些樣品進行了測試實驗。根據實驗結果，將其中動態磁參數差別較大的兩種樣品的測量結果列舉如下:
這兩種軟磁材料環形磁芯樣品的形狀和尺寸相同；內徑:33.56mm,外徑:49.44 mm,厚度:7.94 mm,高度:10.90 mm,等效周長Z=130.38 mm,截面積5.=86.55 mm2;實驗時，選定三角波電流的頻率/=105.0Hz。測出了它們的交流磁滯回線、交流飽和磁滯回線和與其相應的V1^P Vb的波形圖，以及動態微分磁導率μ -H曲線等，如附圖3 附圖10所示。對照附圖5和附圖7可知，樣品I已被交流磁化到深度飽和，但勵磁磁場強度H的波形仍然為穩定的三角波，仍然滿足“H三角形”條件。用本發明的實驗方法能夠較準確的測量樣品被交流磁化到其B值接近飽和時的交流磁滯回線及有關的動態磁參數。實驗樣品I在瑞利區交流磁化時的磁滯回線(圖3)，回線的兩端都是尖的；利用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，很容易測出vHm和VBm的數值。實驗樣品I在瑞利區交流磁化時的H和B的波形(圖4)，彼此很相似。實驗樣品I的交流飽和磁滯回線(圖5)，回線是對稱的，兩端是尖的；實驗樣品I交流磁化到深度飽和時H和B的波形(圖7)，B已達到深度飽和，而H的波形仍為穩定的三角波；實驗樣品2的交流飽和磁滯回線(圖8)，回線是對稱的，兩端是尖的，其盡明顯要比樣品I的大；實驗樣品2交流磁化到飽和時H和B的波形(圖10)，B已接近飽和，而H的波形仍然為三角波。樣品I的有關測值:
勵磁線圈匝數Ν1=80 ;檢測線圈匝數N2=IOO ；測出磁滯回線上B達到飽和時的Vb電壓值:^=0.544V;
測出磁滯回線上B剛達到飽和時的Vh電壓值'Hhs=。.880V;
測出磁滯回線上與B坐標軸相交的點的Vb電壓值:VBr=0.152V;
測出磁滯回線上與H坐標軸相交的點的Vh電壓值:^=0.084V;
測出檢測線圈輸出電壓的峰值:e2m=9.98V。計算結果:
飽和磁感應強度 Bs= (R2C/N2S) Vbs=Vbs=1- 155X0.544=0.628 (T);
飽和磁化磁場強度 Hs=N1 VhsZVR1 =AHVHS=61.36 X 0.880=54.0 (A/m);
動態剩余磁感應強度1.155X0.152=0.176 (T);
動態矯頑力 Hc=4Vhc=61.36X0.084=5.15 (A/m);
最大微分磁導率 Z^=e2ni/ (4fN2SHm) =5.09 X 10 ^3 X 9.98=5.08 X 10 ^2 (Tm/A)。樣品2的有關測值:
勵磁線圈匝數N1=IOO ;檢測線圈匝數N2=IOO ；
測出磁滯回線上B達到飽和時的Vb電壓值:^=0.304V;
測出磁滯回線上B剛達到 飽和時的Vh電壓值:Hhs;\.60V;
測出磁滯回線上與B坐標軸相交的點的Vb電壓值Vjlr=0.252V;
測出磁滯回線上與H坐標軸相交的點的Vh電壓值:^=0.456V;
測出檢測線圈輸出電壓的峰值:e2m=10.2V。計算結果:
飽和磁感應強度 Bs= (R2C/N2S) Vbs =1.155X0.304=0.351 (T)；
飽和磁化磁場強度 Hs=N1 VhsZVR1 =AhVhs=76.70X 1.60=122.7 (A/m)；
動態剩余磁感應強度 Br=^VBr=1- 155X0.252=0.291 (T)；
動態矯頑力 Hc=々hVhc=76.70 X 0.464=35.6 (A/m);
最大微分磁導率//,=e2m/ (4/凡3扎)=2.24X10 —3Xl0.2=2.29X10 —2 (Tm/A)。
權利要求
1.一種用數字存儲示波器觀測交流磁滯回線的實驗方法，其特征是: (1)設計一個交流三角波電流恒流源電路，該電路包括電子積分器、雙向幅值檢測與控制電路、D觸發器、模擬開關和電壓/電流轉換與恒流控制電路；其中，模擬開關包括模擬開關A和模擬開關B ;模擬開關A的輸入端接電源-V，其輸出端接電子積分器的輸入端，其控制端接D觸發器的Q端；模擬開關B的輸入端接電源+V，其輸出端也接電子積分器的輸入端，其控制端接D觸發器的“Q非”端；電子積分器是以LF356集成運算放大器為主構成的典型的反向積分電路，其輸出端接分壓器的輸入端和雙向幅值檢測與控制電路的輸入端；雙向幅值檢測與控制電路包括負峰值檢測與控制比較器和正峰值檢測與控制比較器；負峰值檢測與控制比較器的(+ )端接參考電源一 VMf，其(一)端接電子積分器的輸出端，其輸出端接D觸發器的“S非”端；正峰值檢測與控制比較器的(+ )端接也接電子積分器的輸出端，其(一)端接參考電源+VMf，其輸出端接D觸發器的“R非”端；分壓器電路由12個相同阻值的電阻串聯組成，由12位的波段開關控制選擇其輸出電壓，其輸出端接電壓/電流轉換與恒流控制電路的輸入端；電壓/電流轉換與恒流控制電路包括TDA2040集成功放元件，電路結構與同向放大器基本相同，但其負反饋輸入端不接功放的輸出端，而是與負反饋取樣電阻R1的一端連接，R1的另一端接地；勵磁線圈作為該電路的負載，其一端接功放的輸出端，其另一端接該電路的負反饋輸入端；所述的電源、電源、參考電源一 VMf、參考電源+VMf，分別根據所需電壓選用集成的標準電源元件； (2)在軟磁材料環形磁芯樣品上繞有一副勵磁線圈和一副檢測線圈；將勵磁線圈作為交流三角波電流恒流源電路的負載接到該電路的輸出端，使通過勵磁線圈的勵磁電流A的波形為穩定的三角波；當該樣品被交流磁化到其B值的動態范圍接近飽和區時，雖然勵磁線圈的感抗在不斷地急劇變化，但勵磁電流A的波形仍然為穩定的三角波，其幅值和波形保持不變，從而使該樣品內的勵磁磁場強度H=N1Y1"的波形也為穩定的三角波，其幅值和波形也保持不變；其中，N1為勵磁線圈的匝數，I為該樣品的等效周長；可將這種勵磁方式稱為“H三角波”條件的勵磁方式； (3)交流三角波電流恒流源電路的負反饋取樣電阻R1，也是勵磁電流士的取樣電阻；從R1兩端提取的電壓Vh= I1 R1，直接送到數字存儲示波器的X輸入端直流耦合輸入； (4)檢測線圈輸出的感應電動勢，經過電子積分器積分得到反映該樣品中磁感應強度B的信號V,;該電子積分器會產生180°的附加相移，須使上述信號匕再通過一個反向放大器以抵消該“電子積分器”產生的附加相移，然后直接送到數字存儲示波器的Y輸入端直流耦合輸入； (5)數字存儲示波器采用XY掃描方式；調節示波器兩個通道的放大倍率，使在屏幕上顯示有利于測量的交流磁滯回線，在保持波形完整的條件下使波形盡可能的大，以充分發揮數字存儲示波器的測量精度；將回線的中心調到屏幕中心，則過屏幕中心的橫線就是H坐標軸；過屏幕中心的豎線就是B坐標軸； (6)在“H三角波”條件下測得的交流磁滯回線，回線的兩端都是尖的；回線尖端點的Vh和Vb的數值，分別就是該回線上Vh和Vb的峰值Vlh和Van ;利用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，根據回線具有的對稱性，測出^和Van的數值； (7)根據安培環路定理可得Hm=N1Ylm";根據歐姆定理可得，于是Hm=(VHm N1/JR1) =^hVhdi ；其中，丸=N1ZVR1 是該磁滯回線上磁場強度H的最大值；已知Ar1JP1J ;且已測出V-,則可求出/4;已知丸，利用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，根據飽和磁滯回線，測出該回線與H坐標軸的交點的坐標，求出樣品的動態矯頑力盡； (8)根據法拉第電磁感應定律可得:Ie2 I = I d ψ/dt I = I N2SdB/dt | ,將e2通過電子積分器積分，得Bm= (R2C/N2S)VBm4BVBm，其中，#2為副線圈的匝數J為磁環的橫截面積，￥為電子積分器的積分常數，乙為電子積分器的輸出電壓，可從磁滯回線上測出，求出Bm ；已知A= (R2C/N2S)，利用數字存儲示波器的測量光標和數顯功能，根據飽和磁滯回線，測出該回線與B坐標軸的交點的坐標，求出樣品的動態剩余磁感應強度& ； (9)調節控制三角波電壓幅值的波段開關，使勵磁電流Y1從最小依次逐檔調到最大，或從最大依次逐檔調到最小，使A依次分別取不同的數值，分別得到相應的穩定的交流磁滯回線；分別測出這些達到穩定狀態的回線的尖端點的坐標(U .)，畫出交流磁化曲線，求出相應的幅值磁導率 "曲線，其中^3=BnZHni; (10)將送到數字存儲示波器的Y輸入端，Ve信號仍然送到數字存儲示波器的X輸入端，示波器仍然采用XY掃描方式，在示波器屏幕上直接顯示微分磁導率μ d //曲線，其中μ d-dB/ Ηο
全文摘要
一種用數字存儲示波器觀測交流磁滯回線的實驗方法，屬電磁檢測技術領域，目的是減少測交流磁滯回線失真，提高測動態磁參數的精度；本發明先設計交流三角波恒流源電路，將勵磁線圈作為該電路的負載，使磁化場強度H的波形為三角波；該電路的負反饋取樣電阻R1也是勵磁電流的取樣電阻，其端電壓VH送示波器X輸入端；檢測線圈輸出電壓e2經電子積分器積分得到VB，送示波器Y輸入端；示波器用XY掃描顯示交流磁滯回線；測量時可使H變化的速率不變，創造了在H均勻變化的條件下觀測B的變化規律，使測得的磁滯回線能更好地反映樣品內B與H的數值之間的函數關系；將e2取代VB送示波器Y輸入端，可直接顯示微分磁導率μd～H曲線。
文檔編號G01R33/14GK103116145SQ201310024718
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者張旭峰, 何森, 姜衛, 曹美珍, 高永全, 王秉仁, 吳晶瑩 申請人:中北大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
