基于數字積分的磁滯回線測量方法，采用R-C有源積分器測量電路測量磁性材料的磁滯回線，R-C有源電路經模數轉換濾波并累加得到與成正比例關系的積分的感應電壓Ei；其步驟如下，磁性材料的外加磁場H導致磁性材料體內磁通測量變化產生感應電勢ei經自穩零放大器放大后，輸出一段時間積分的感應電壓Ei；對Ei采用高速A/D模數變換模塊，將模擬信號變換成數字信號，在設定的定時器Δt內，進行N次A/D變換并累加∑Ei；得到Δt時間內的磁通量值為將測量周期內的所有做算術運算,即可得出被測樣品對應外加磁場H的磁通量本發明專利技術得到的磁性材料樣品的磁滯回線圖具有良好的重現性和閉合性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及數字積分的磁滯回線測量方法與裝置。
技術介紹
磁性物質是一種性能特異、用途廣泛的材料，物質磁特性研究是材料物理學的重要領域之一。人們研究發現，當磁性材料沿磁化曲線oab到達b點后，繼續加大外加磁場H也不能使磁性材料的磁感應強度B繼續增加，此時對應的磁感應強度為該磁性材料的飽和磁感應強度Bm。之后，磁性材料內部的磁場B會跟著外加磁場H的減小而減小，但不是沿著磁化曲線oab的軌跡下降。當外加磁場H退到O時,磁性材料內部仍然保持磁感應強度B=Br,此值稱為磁性材料的剩磁。如果繼續逐漸加大反向磁場H，磁性材料內部的磁感應強度B將會減，當反向外加磁場強度H=增加到-He時(圖I上的He點)，磁性材料內部磁感應·強度B降為0，至此推此過程結束，對應外加磁場值He稱為磁性材料的矯頑力。如繼續加大反向磁場，鐵磁材料的磁化會達到飽和h點后不再變化。減小反向磁場到ο點后沿正向加大磁場，磁感應強度將通過e點到達b點。由點b->Br->Hc->h->d->e->f->b構成的閉合曲線該磁性材料的磁滯回線?？梢钥闯觯判圆牧系拇艤鼐€具有飽和性、滯后性、不可逆性和中心對稱性。磁性材料分為硬磁材料和軟磁材料兩類,區分兩類材料的依據是測量磁性材料的剩磁Br和嬌頑力He值，硬磁材料的剩磁Br和嬌頑力He值大，軟磁材料的剩磁Br和嬌頑力He值小。物質磁特性研究是材料物理學的重要領域之一，在大學近代物理實驗中，通常安排動態和靜態磁滯回線測定實驗。通過測量磁場強度H和磁感應強度B對應關系，描繪出磁性樣品的磁滯回線圖，并從該圖中得到磁性材料的飽和磁感應強度Bm、剩余磁感應強度Br、矯頑力He等參數。實驗中磁場強度H由通過線圈的激勵電流產生，測量后可換算成H值；磁場強度B通常用有源積分方法磁通量進行換算得到。一般采用運算放大器和阻容網絡組成的積分電路，對磁通變化產生的感應電勢進行時間積分。然而由于積分電容的漏電等因素的存在，將導致測量系統漂移問題。在大學物理實驗中，一般會安排靜態磁滯回線測量和動態(50赫茲交變外加磁場H)磁滯回線測量。靜態測量方法主要有沖擊檢流計法、霍爾效應法、核磁共振法和磁通測量法。如CN201681149U —種螺線管軸線磁感應強度測量儀，通過霍爾傳感器(6)進行測量?，F有的數字測量方法是，磁場強度H由通過線圈的激勵電流產生，測量后可換算成H值；采用R-C有源積分器的磁通測量法測量磁感應強度B.根據法拉第定律，開環線圈內的磁通量發生變化時，其兩端產生感應電壓ei(t)=-dC>/dt ... (I)如果線圈截面積S、阻數N為定值,貝IjEi (t) =-NSdB (t) /dt ... (2)對應感應電壓積分/ Ei (t) dt=-NSB (t)... (3)有B(t)=-(l/NS) / Ei(t)dt ... (4) 感應電壓ei，磁通量Φ。Ei為感應電壓一段時間的累加。采用R-C有源積分器測量電路，積分電路的輸出是通過電容C來實現時間積分的。一方面，由于實際使用的運算放大器并不是理想的放大器，其反向輸入端的輸入阻抗不可能是無窮大，偏置電流會使積分電容C上的電荷逐漸積累，造成輸出端電壓不斷上升或變化。另一方面，由于電容存在一定的漏電電阻(并非無窮大)，積分器輸出端會隨時間推移而逐漸下降。由于上述原因，綜合表現為R-C模擬積分器存在著的所謂零點漂移。對磁滯回線測量結果的影響是測出的磁滯回線的飽和磁感應強度數據往往不能重合(閉合)。
技術實現思路
本專利技術目的是提出一種采用改進的方法數字積分測量磁場強度B，并對勵磁電流進行數字化采集，通過數據傳輸給電腦，由電腦描繪出樣品的磁滯回線圖。尤其是克服現有積分電容的漏電等因素的存在，將導致測量系統漂移問題本專利技術的技術方案是，基于數字積分的磁滯回線測量方法，采用R-C有源積分器測量電路測量磁性材料的磁滯回線，R-C有源電路經模數轉換濾波并累加得到與φ成正比例關系的積分的感應電壓Ei ;其步驟如下，磁性材料的外加磁場H導致磁性材料體內磁通測量變化產生感應電勢ei=_d(p /dt； ei經自穩零放大器放大后,輸出一段時間積分的感應電壓Ei ；對Ei采用高速A/D模數變換模塊，將模擬信號變換成數字信號，在設定的定時器Λ t內，進行N次A/D變換并累加Σ Ei ；為消除Ei可能包含有噪聲和干擾信號，采用基于拉依達準則的奇異數據濾波法，通過計算得到Ei ；做Ei和At乘法運算，可得到Λ t時間內的磁通量值為φ I=Ei X Δ t;將測量周期內的所有φ i做算術運算，即可得出被測樣品對應外加磁場H的磁通量Φ=Σφ i;計算并保存數據Β=Φ/NS。磁性材料外加磁場H通過三角波的外加電流提供給繞制在磁性材料的線圈。本專利技術的有益效果是，通過對勵磁電流進行數字化采集，通過數據傳輸給電腦，由電腦描繪出樣品的磁滯回線圖?？朔F有積分電容的漏電等因素的導致測量系統漂移問題。通過采用改進的方法數字積分測量磁場強度B，實現磁感應強度B，得到的磁性材料樣品的磁滯回線圖具有良好的重現性和閉合性，收到預期效果?？朔-C模擬積分器零點漂移。不會對磁滯回線測量結果有所影響。四附圖說明圖I為磁滯回線測量的基本原理圖；圖2為R-C有源積分器基本電路；圖3為數字積分器實現原理和線路示意圖；圖4為本專利技術方法的步驟圖；圖5為本專利技術提供磁場強度的電流圖6為本專利技術控制測量的流程圖；圖7為本專利技術實測得到的磁性材料樣品的磁滯回線圖。五具體實施例方式R-C有源積分器基本電路組成如下(參見圖2):圖2為R-C有源積分器圖中R為積分電阻，C為積分電容，V0為積分輸出。輸出輸入關系為V0=-1/RCX / eidt=-<j5/RC ... (5) (5)式中的ei即為磁通變化而成生的感應電壓，Vtl為R-C有源積分器輸出電壓。通過校正得到磁通量Φ值，進而得到B=(t/NS數據。本專利技術通過嵌入式微處理器和軟件技術，設計出數字積分器，原理如下(I)式可轉化為Φ=- Σ ejAt (At 很小)…(6)即Φ=- Ce1 Δ t+e2 Δ t+***+enA t+···) ... (7)數字積分器實現原理可用圖3表示本專利技術利用拉依達準則，拉依達準則處理奇異數據濾波器的參數拉依達準則用于剔除嚴重失真的奇異數據。第一步計算N次測量的算術平均值(本測量裝置N取8，可以在4-20的范圍)，然后計算出標準差σ，并將大于3σ的數據剔除，在求出本測量期內的平均值。本測里裝置設定的采樣期At為10us。另外，B=(t/NS式中的N為測量線圈的匝數，S為測量線圈面積。具體測量的實施例(圖7):永磁材料樣品C308，外徑24臟，內徑16mm，厚度IOmm ;測量線圈N=40，自穩零放大器7650，模數轉換芯片AD574，系統控制處理器ADUC812，電腦數據接口 USB。積分器工作過程如下參見本專利技術圖2-6的測量系統設計。采用數字積分測量磁通量來實現磁感應強度B，得到的磁性材料樣品的磁滯回線圖具有良好的重現性和閉合性，收到預期效果。權利要求1.基于數字積分的磁滯回線測量方法，其特征是采用R-C有源積分器測量電路測量磁性材料的磁滯回線，R-C有源電路經模數轉換濾波并累加得到與φ成正比例關系的積分本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于數字積分的磁滯回線測量方法，其特征是采用R？C有源積分器測量電路測量磁性材料的磁滯回線，R？C有源電路經模數轉換濾波并累加得到與成正比例關系的積分的感應電壓Ei；其步驟如下，磁性材料的外加磁場H導致磁性材料體內磁通測量變化產生感應電勢ei經自穩零放大器放大后，輸出一段時間積分的感應電壓Ei；對Ei采用高速A/D模數變換模塊，將模擬信號變換成數字信號，在設定的定時器Δt內，進行N次A/D變換并累加∑Ei；為消除Ei可能包含有噪聲和干擾信號，采用基于拉依達準則的奇異數據濾波法，通過計算得到Ei；做Ei和Δt乘法運算，得到Δt時間內的磁通量值為將測量周期內的所有做算術運算,即可得出被測樣品對應外加磁場H的磁通量計算并保存數據B=Φ/NS。FDA00002232996100011.jpg,FDA00002232996100012.jpg,FDA00002232996100013.jpg,FDA00002232996100014.jpg,FDA00002232996100015.jpg
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐順利，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：
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