一種基于嵌入線圈雙積分法的磁瓦無(wú)損測(cè)量系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁性材料磁性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及了一種基于嵌入線圈雙積 分法的磁瓦無(wú)損測(cè)量系統(tǒng)與方法，可用于永磁鐵氧體、釹鐵硼等磁瓦磁性能的無(wú)損測(cè)量以 及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的校準(zhǔn)和檢定。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁材料磁性能主要是通過(guò)測(cè)量材料在第二象限的磁感應(yīng)強(qiáng)度B及極化強(qiáng)度J， 與磁場(chǎng)H之間的退磁關(guān)系曲線獲得剩磁比、矯頑力H&、內(nèi)稟矯頑力H#最大磁能積（BH)_ 等特征參數(shù)來(lái)表征。其中J-H曲線是突出反映永磁材料內(nèi)稟性能的重要曲線。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)雙極頭測(cè)量或者通過(guò)磁瓦夾具進(jìn)行測(cè)量，如圖2和圖3所示，采 用B線圈測(cè)試磁通，采用高斯計(jì)配置霍爾探頭9測(cè)試間隙磁場(chǎng)H，主要缺點(diǎn)有：磁通面積修 正隨機(jī)性，采用企業(yè)傳遞的磁瓦對(duì)數(shù)據(jù)，霍爾探頭位置不一樣，測(cè)試H數(shù)據(jù)不一樣，影響He j 的性能非常大；測(cè)試樣品間隙固定，取放樣品非常困難，無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)稀土磁瓦的拋移測(cè) 量，測(cè)試稀土永磁磁瓦仍然屬于空白；測(cè)試樣品如果內(nèi)外弧度差異大，間隙磁場(chǎng)無(wú)法設(shè)計(jì)。
[0004] 其固定繞制線圈8與極頭為分體結(jié)構(gòu)，H線圈或霍爾探頭在極靴間隙中的位置不 同，測(cè)試H差異性大，難以保證測(cè)試的重復(fù)性。
[0005] 瓦型無(wú)損測(cè)量系統(tǒng)僅限于對(duì)內(nèi)外圓弧接近的永磁鐵氧體磁瓦采用掃描法測(cè)量，不 能滿足內(nèi)外圓弧差異較大的磁瓦樣品測(cè)量，由于無(wú)彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)測(cè)試磁瓦效率低，同時(shí)無(wú) 法滿足稀土永磁磁瓦退磁曲線測(cè)量時(shí)要求的磁瓦拋移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種基于嵌入線圈雙積分 法的磁瓦無(wú)損測(cè)量系統(tǒng)與方法，采用將測(cè)試線圈（B線圈或J線圈）直接嵌入到極頭里面的 方法，即為嵌入式線圈的方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁磁瓦磁性能的無(wú)損測(cè)量。同時(shí)測(cè)試磁場(chǎng)H線圈 固定嵌入在極靴弧形極面上，保證測(cè)試的重復(fù)性。上下極靴采用導(dǎo)向彈力結(jié)構(gòu)，提高了測(cè)試 樣品的效率，同時(shí)滿足稀土永磁磁瓦的退磁曲線測(cè)量。
[0007] 本發(fā)明的上述目的得以實(shí)現(xiàn)，主要通過(guò)以下技術(shù)方案：
[0008] -、一種基于嵌入線圈雙積分法的磁瓦無(wú)損測(cè)量系統(tǒng)：
[0009] 包括電磁鐵、瓦型極靴組以及分別固定在上、下電磁鐵上的上極頭和下極頭，瓦型 極靴組包括分別安裝在上極頭和下極頭上的上極靴和下極靴，包括勵(lì)磁電源、磁通表、第一 測(cè)量線圈、第二測(cè)量線圈和彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)，下極靴中沿水平軸向方向嵌有第一測(cè)量線圈和 第二測(cè)量線圈；被測(cè)磁瓦位于第一測(cè)量線圈之上，上極頭和下極頭的兩側(cè)之間通過(guò)彈力活 動(dòng)結(jié)構(gòu)連接實(shí)現(xiàn)上下彈力調(diào)節(jié)，上極靴和下極靴的弧面均與被測(cè)磁瓦的弧度吻合；第一測(cè) 量線圈和第二測(cè)量線圈與各自的磁通表連接，電磁鐵與勵(lì)磁電源連接，勵(lì)磁電源和磁通表 分別經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)連接，開(kāi)關(guān)控制器連接D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn) 行轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制。
[0010] 所述的彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)包括彈簧、中心極柱和底柱，中心極柱頂端連接上極頭，中心 極柱底端套在底柱中，彈簧套在中心極柱上，底柱固定連接在下極頭上。
[0011] 所述的第一測(cè)量線圈和第二測(cè)量線圈的有效匝數(shù)N和線圈面積A均相同，且兩個(gè) 線圈反向串聯(lián)。
[0012] 所述的第一測(cè)量線圈為測(cè)量J線圈或者測(cè)量B線圈，所述的第二測(cè)量線圈為測(cè)量 H線圈。
[0013] 所述的第一測(cè)量線圈和第二測(cè)量線圈嵌入在下極靴的弧形表面，第一測(cè)量線圈和 第二測(cè)量線圈的圓心連線與被測(cè)磁瓦的內(nèi)弧中心線相重合。
[0014] 所述的第一測(cè)量線圈和第二測(cè)量線圈呈圓形。
[0015] 二、一種基于嵌入線圈雙積分法的磁瓦無(wú)損測(cè)量方法：
[0016] 1)采用上述系統(tǒng)，被測(cè)磁瓦置于第一測(cè)量線圈正上方，通過(guò)彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)伸縮將 被測(cè)磁瓦被壓緊在上極靴和下極靴之間固定，第一測(cè)量線圈和第二測(cè)量線圈的圓心連線與 被測(cè)磁瓦的內(nèi)弧中心線相重合；
[0017] 2)測(cè)量時(shí)，對(duì)第一測(cè)量線圈和第二測(cè)量線圈通電，電磁鐵對(duì)被測(cè)磁瓦產(chǎn)生逐漸增 大反向的兩個(gè)磁場(chǎng)，用電子積分器對(duì)測(cè)量?jī)蓚€(gè)線圈磁通變化產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)積分，獲得被測(cè) 樣品極化強(qiáng)度J-磁場(chǎng)強(qiáng)度H曲線和磁感應(yīng)強(qiáng)度B-磁場(chǎng)強(qiáng)度H曲線，由磁場(chǎng)曲線得到測(cè)量 特征值。
[0018] 所述的測(cè)量特征值包括剩磁民、矯頑力Hcb、內(nèi)稟矯頑力Hcj和最大磁能積（BH) _。
[0019] 所述的內(nèi)稟矯頑力!^根據(jù)磁場(chǎng)H在被測(cè)磁瓦和空氣兩種介質(zhì)上在切線方向的連 續(xù)性，采用雙積分方式測(cè)試第二測(cè)量線圈對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)而計(jì)算得到。
[0020] 本發(fā)明具有的有益的效果在于：
[0021 ] 本發(fā)明采用雙磁通計(jì)，測(cè)試樣品的磁極化強(qiáng)度J值和磁場(chǎng)強(qiáng)度H值，測(cè)試J值線圈 面積固定，測(cè)試H值線圈面積固定。
[0022] 本發(fā)明可測(cè)試磁瓦局部面積以及面積固定值，可根據(jù)磁瓦取樣樣品，采用標(biāo)準(zhǔn)法 測(cè)試的Br值進(jìn)行定標(biāo)。
[0023] 本發(fā)明測(cè)試重復(fù)性和在現(xiàn)性良好，人為偏差小。
[0024] 本發(fā)明通過(guò)彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)使得測(cè)試樣品取樣方便，彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)使得稀土磁瓦的 測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)（滿足量樣品的拋移）。
[0025] 本發(fā)明在磁性材料生產(chǎn)和應(yīng)用行業(yè)中應(yīng)用前景廣闊，并可對(duì)磁性材料制造企業(yè)帶 來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本發(fā)明使用極頭彈力結(jié)構(gòu)，能方便磁瓦的取放，實(shí)現(xiàn)對(duì)稀土永磁 磁瓦的測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是測(cè)量原理的測(cè)量曲線示意圖。
[0027] 圖2是現(xiàn)有采用B-H測(cè)量線圈的系統(tǒng)圖。
[0028] 圖3是現(xiàn)有采用B-H測(cè)量線圈的系統(tǒng)圖。
[0029] 圖4是本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。
[0030] 圖5是本發(fā)明上下極頭部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖6是下極靴上的兩個(gè)測(cè)量線圈安裝示意圖。 圖7是實(shí)施例磁瓦采用本發(fā)明方法獲得的退磁曲線圖。 圖8是實(shí)施例磁瓦采用傳統(tǒng)方法獲得的退磁曲線圖。
[0032] 圖中：1、電磁鐵，2、可動(dòng)極頭，3、第一測(cè)量線圈，4、被測(cè)磁瓦，5、第二測(cè)量線圈，6、 彈力活動(dòng)機(jī)構(gòu)，7、瓦型極靴組，8、固定繞制線圈，9、霍爾探頭。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0034] 如圖4所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括電磁鐵1、瓦型極靴組7以及分別固定在上、下電磁 鐵1上的上極頭和下極頭，瓦型極靴組7包括分別安裝在上極頭和下極頭上的上極靴和下 極靴，還包括勵(lì)磁電源、磁通表、第一測(cè)量線圈3、第二測(cè)量線圈5和彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)6,下極靴 中沿水平軸向方向嵌有第一測(cè)量線圈3和第二測(cè)量線圈5 ;被測(cè)磁瓦4位于第一測(cè)量線圈 3之上，上極頭和下極頭的兩側(cè)之間通過(guò)彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)6連接實(shí)現(xiàn)上下彈力調(diào)節(jié)，上極靴和 下極靴的弧面均與被測(cè)磁瓦4的弧度吻合；第一測(cè)量線圈3和第二測(cè)量線圈5與各自的磁 通表連接，電磁鐵1與勵(lì)磁電源連接，勵(lì)磁電源和磁通表分別經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器與 計(jì)算機(jī)連接，開(kāi)關(guān)控制器連接D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制。
[0035] 如圖5所示，彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)6包括彈簧、中心極柱和底柱，中心極柱頂端連接上極 頭，中心極柱底端套在底柱中，彈簧套在中心極柱上，底柱固定連接在下極頭上。所述的彈 力活動(dòng)結(jié)構(gòu)6滿足磁瓦的取放和稀土磁瓦退磁曲線測(cè)試時(shí)磁瓦的拋移，彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)6可 通過(guò)中心極柱和底柱的下移調(diào)節(jié)，使得上、下極靴閉合，弧面與被測(cè)試磁瓦樣品吻合；測(cè)試 完成后，可通過(guò)電磁鐵主軸極柱的上行調(diào)節(jié)，上極靴和下極靴彈開(kāi)分離，方便被測(cè)磁瓦4樣 品的取放，同時(shí)也使得稀土永磁磁瓦退磁曲線測(cè)試得以實(shí)現(xiàn)。
[0036] 彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)采用不導(dǎo)磁材料加工導(dǎo)向桿和不導(dǎo)磁材料加工的彈簧。上下極靴兩 邊，采用銅棒加工，進(jìn)行垂直導(dǎo)向，采用不導(dǎo)磁彈簧助力，控制極靴的開(kāi)合。
[0037] 第一測(cè)量線圈3和第二測(cè)量線圈5的有效匝數(shù)N和線圈面積A均相同，且兩個(gè)線 圈反向串聯(lián)。
[0038] 第一測(cè)量線圈3為測(cè)量J線圈或者測(cè)量B線圈，第二測(cè)量線圈5為測(cè)量H線圈。 第一測(cè)量線圈被定義為對(duì)磁瓦進(jìn)行局部磁性能測(cè)量的磁感應(yīng)強(qiáng)度B線圈或磁極化強(qiáng)度J線 圈，第二測(cè)量線圈被定義為對(duì)磁瓦測(cè)量的勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度H線圈。
[0039] 如圖6所示，第一測(cè)量線圈3和第二測(cè)量線圈5嵌入在下極靴的弧形表面，第一測(cè) 量線圈3和第二測(cè)量線圈5的圓心連線與被測(cè)磁瓦4的內(nèi)弧中心線相重合。
[0040] 第一測(cè)量線圈3和第二測(cè)量線圈5呈圓形。
[0041] 本發(fā)明測(cè)量方法，步驟如下：
[0042] 1)采用上述系統(tǒng)，被測(cè)磁瓦4置于第一測(cè)量線圈3正上方，通過(guò)彈力活動(dòng)結(jié)構(gòu)6伸 縮將被測(cè)磁瓦4被壓緊在上極靴和下極靴之間固定，第一測(cè)量線圈3和第二測(cè)量線圈5的 圓心連線與被測(cè)磁瓦4的內(nèi)弧中心線相重合；
[0043] 2)測(cè)量時(shí)，對(duì)第一測(cè)量線圈3和第二測(cè)量線圈5通電，電磁鐵對(duì)被測(cè)磁瓦4產(chǎn)生逐 漸增大反向的兩個(gè)磁場(chǎng)，用電子積分器對(duì)測(cè)量?jī)蓚€(gè)線圈磁通變化產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)積分，獲得 被測(cè)樣品極化強(qiáng)度J-磁場(chǎng)強(qiáng)度H曲線和磁感應(yīng)強(qiáng)度B-磁場(chǎng)強(qiáng)度H曲線，由磁場(chǎng)曲線得到 測(cè)量特征值。
[0044] 測(cè)量特征值包括剩磁Br、矯頑力ΗΛ、內(nèi)稟矯頑力Η?！购妥畲蟠拍芊e（BH) _。
[0045] 根據(jù)