一种磁各向异性的巴克豪森噪声自动测量方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁各向异性的巴克豪森噪声自动测量方法与装置，利用三相幅值阶梯调制的正弦波电流驱动三磁极电磁铁，在被测材料中形成按一定角速度间歇性旋转的交变磁场。利用位于三磁极磁路几何中心的双轴霍尔元件和感应线圈分别进行交变磁场测量和巴克豪森噪声检测。利用双轴霍尔元件输出电压计算得到交变磁场强度和方向角，将不同方向获得的巴克豪森噪声信号包络线绘制成三维图，实现不同磁场强度条件下材料磁各向异性的评价。本发明专利技术既可以用于快速测量铁磁性材料中不同角度的巴克豪森噪声信号，也可以用于评价不同磁场强度条件下材料的磁各向异性。件下材料的磁各向异性。件下材料的磁各向异性。

【技术实现步骤摘要】
一种磁各向异性的巴克豪森噪声自动测量方法与装置


[0001]本专利技术属于微磁无损检测领域，利用三相幅值阶梯调制的正弦波电流驱动三磁极电磁铁，在被测材料中形成按一定角速度间歇性旋转的交变磁场，将接收到的磁巴克豪森噪声信号(MBN)绘制成三维图和极坐标图，实现被测材料的磁各向异性进行表征。

技术介绍

[0002]当铁磁性材料被动态磁化，在外加交变磁场作用下其内部磁畴磁化方向朝外加磁场方向偏转。在此过程中，磁畴运动呈现不连续性，诱发产生微脉冲涡流，所感应电压经材料表面的接收线圈获取，即为磁巴克豪森噪声信号。此信号经过放大、滤波、平滑等处理，可在时域内提取Mmean等统计特征参量，或者绘制其幅值包络线相对于切向磁场强度的蝶形曲线，可提取Mr等特征参量。基于此原理，发展出MBN无损检测技术，通过检测分析MBN信号特征，间接反映材料的组织结构状态。通过探究多方向励磁产生的MBN信号与不同方向材料性能的关系，可以对材料各向异性进行有效表征。
[0003]在利用巴克豪森噪声无损检测技术评估时，检测所用的传感器多为以传统的U型磁轭为基础的微磁传感器。例如文献《典型材料磁各向异性的磁巴克豪森噪声评估方法[J].仪器仪表学报,2020,41(12):173
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180》中北京工业大学博士生王丽婷探究磁的各向异性在不同角度上磁巴克豪森噪声信号的分布规律时，将以传统的U型磁轭为基础的微磁传感器以一定的步长进行人工旋转来测量不同方向上的巴克豪森信号，从而达到多维度分析的目的。北京工业大学冉德强、王秀秀提出了利用三磁极磁场叠加的方法控制中心磁场的方向，并进行了COMSOL仿真模拟，初步设计了自动旋转励磁的传感器模型，但在控制方法和控制精度上存在不足。
[0004]前述研究工作沿用传统的U型二磁极传感器，虽然可以通过人工旋转的方法实现巴克豪森信号的多角度的检测。但定位精度差、稳定性差、操作费时费力等不足，无法实现在工业生产线上快速准确的对磁各向异性的巴克豪森噪声信号进行检测评估，并且MBN特征值表征单一，评价不充分。针对现有方法的不足本方法提出了一种通道正弦波激励进行相位、幅值和频率进行控制调制的励磁方法，可以实现任意角度间隔自动旋转周期激励的磁巴克豪森噪声测量方法。并且将不同方向获得的巴克豪森噪声信号包络线绘制成三维图，实现不同磁场强度条件下材料磁各向异性的评价

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提出了一种对三通道正弦波激励进行相位、幅值和频率进行控制调制的励磁方法，调制的正弦波激励可以使被测铁磁性材料在360度内以任意间隔角度自动旋转周期磁化，并利用接收到的磁巴克豪森噪声信号对材料的磁各向异性进行三维图和极坐标图形绘制。
[0006]具体采取如下技术方案：
[0007]首先，编写Labview程序控制算法实现三通道正弦波的调制控制。利用Labview中
的正弦表达式y＝sin(x)，设定三个相位相差2π/3(120度)的正弦函数，即设定旋转的角度间隔为θ，放置一个For循环，循环次数输入x＝iθ，得到输出y1,y2,y3,再经过同比例的放大得到U1＝Ay1，U2＝Ay2,U3＝Ay3，每次循环对应输出一组U1,U2,U3的绝对值作为三通道正弦波函数发生电路的幅值，则三路激励的正弦波形为I1＝U1sin 2πf,I2＝U2sin 2πf,I3＝U3sin 2πf,其中f为正弦波的频率，当U1,U2,U3存在负值时，使负值的通道的正弦函数相移180度即可。根据三相电的原理，正弦波y1,y2,y3相差120度相位，则三通道正弦函数发生器激励波形I1,I2,I3通过矢量合成可以得到方向为iθ的周期交变磁场，随着循环次数i的改变，交变磁场方向改变，间隔角度为θ。既保证了磁极中央叠加后的励磁磁场方向恒定和周期性励磁又可以通过调节三路信号的幅值U使励磁场旋转起来。
[0008]其次，搭建三通道电路系统，设计三磁极传感器。电路模块包括：幅值、相位和频率可调的三通道正弦函数发生器，功率放大模块，信号采集调理模块，电源模块。传感器采用三磁极爪形的硅钢磁轭，每个磁极上绕制匝数相同，绕制方向相同的励磁线圈，在三磁极底部中心位置放置巴克豪森噪声信号接收线圈和双轴霍尔元件，从而实现巴克豪森噪声的检测和实时磁场方向测量。
[0009]最后，采集磁巴克豪森噪声信号，此信号经过放大、滤波、平滑等处理，以切向磁场H为横坐标，MBN幅值为纵坐标可以绘制出一个周期信号的蝶形曲线图形，绘制不同H下MBN三维图形和极坐标图，从而直观的呈现被测材料的磁各向异性结果。
附图说明
[0010]图1各向异性的巴克豪森噪声自动测量仪器的系统原理图。
[0011]图2巴克豪森噪声信号包络线在不同方向上的三维图。
[0012]图3不同磁场强度下MBN信号值的极坐标图。
具体实施方式
[0013]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步详细描述。
[0014]一种磁各向异性的巴克豪森噪声自动测量方法，利用上位机LabVIEW程序控制基于FPGA为核心的DDS函数发生器，DDS函数发生器输出三相幅值阶梯调制的正弦波，分别经过三路OPA541功率放大电路放大后通入三磁极电磁铁，在被测材料中形成按一定角速度间歇性旋转的交变磁场；位于三磁极电磁铁几何中心的双轴霍尔元件和感应线圈分别进行交变磁场和巴克豪森噪声检测，检测信号被采集后上传至上位机，经过LabVIEW程序运算后转换为巴克豪森噪声包络幅值随励磁场方向角、励磁场强度变化的三维图，用于评价不同励磁强度条件下材料的磁各向异性。
[0015]具体步骤如下：
[0016](1)三相幅值阶梯调制的正弦波是利用三路相位互差2π/3的阶梯状正弦波或调制波对高频正弦波进行调制而成，具体编程步骤如下：
[0017]1)在上位机编写LabVIEW程序，生成三个相位互差2π/3的正弦信号，即
[0018]2)设定交变磁场间歇性旋转的角度间隔为θ，则旋转一周所需的激励次数
[0019]3)设置for循环，依次设置x＝iθ，计算生成一系列y1,y2,y3的幅值，再经过比例缩放生成阶梯状正弦波的幅值U1＝Ay1，U2＝Ay2,U3＝Ay3；
[0020]4)每次循环过程中，将U1,U2,U3分别与三路参数一致的正弦波信号相乘，得到三相幅值阶梯调制的正弦波：I1＝U1sin 2πf,I2＝U2sin 2πf,I3＝U3sin 2πf；
[0021](2)上位机编写LabVIEW程序控制以FPGA为核心的DDS函数发生器，激励产生三相幅值阶梯调制的正弦波，分别经过三路参数一致的OPA541功率放大电路进行放大后，通入三磁极电磁铁的激励线圈；
[0022](3)感应线圈输出的电压信号为U(t)，双轴霍尔元件输出的两路信号分别为X
OUT
(t)和Y
OUT
(t)，交变磁场的方向角计算公式为合成磁场强度计算公式为
[0023](4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁各向异性的巴克豪森噪声自动测量方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)三相幅值阶梯调制的正弦波是利用三路相位互差2π/3的阶梯状正弦波或调制波对高频正弦波进行调制而成，具体编程步骤如下：1)在上位机编写LabVIEW程序，生成三个相位互差2π/3的正弦信号，即1)在上位机编写LabVIEW程序，生成三个相位互差2π/3的正弦信号，即y2＝sin(x),2)设定交变磁场间歇性旋转的角度间隔为θ，则旋转一周所需的激励次数3)设置for循环，依次设置x＝iθ，计算生成一系列y1,y2,y3的幅值，再经过比例缩放生成阶梯状正弦波的幅值U1＝Ay1，U2＝Ay2,U3＝Ay3；4)每次循环过程中，将U1,U2,U3分别与三路参数一致的正弦波信号相乘，得到三相幅值阶梯调制的正弦波：I1＝U1sin 2πf,I2＝U2sin 2πf,I3＝U3sin 2πf；(2)上位机编写LabVIEW程序控制以FPGA为核心的DDS函数发生器，激励产生三相幅值阶梯调制的正弦波，分别经过三路参数一致的OPA541功率放大电路进行放大后，通入三磁极电磁铁的激励线圈；(3)感应线圈输出的电压信号为U(t)，双轴霍尔元件输出的两路信号分别为X
OUT
(t)和Y
OUT
(t)，交变磁场的方向角计算公式为合成磁场强度计算公式为(4)信号为U(t)、X
OU...

【专利技术属性】
技术研发人员：何存富，靳晓坤，刘秀成，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：