一种用数字存储示波器观测交流磁滞回线的实验方法，属电磁检测技术领域，目的是减少测交流磁滞回线失真，提高测动态磁参数的精度；本发明专利技术先设计交流三角波恒流源电路，将励磁线圈作为该电路的负载，使磁化场强度H的波形为三角波；该电路的负反馈取样电阻R1也是励磁电流的取样电阻，其端电压VH送示波器X输入端；检测线圈输出电压e2经电子积分器积分得到VB，送示波器Y输入端；示波器用XY扫描显示交流磁滞回线；测量时可使H变化的速率不变，创造了在H均匀变化的条件下观测B的变化规律，使测得的磁滞回线能更好地反映样品内B与H的数值之间的函数关系；将e2取代VB送示波器Y输入端，可直接显示微分磁导率μd～H曲线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁检测
，涉及一种用数字存储示波器观测软磁材料交流磁滞回线的实验方法。
技术介绍
软磁材料的应用已非常广泛。观测软磁材料的交流磁滞回线并测出相应的动态磁参数，对认识软磁材料的磁性质、合理使用软磁材料和研制新型软磁材料都有着十分重要的意义。示波器法是观测软磁材料交流磁滞回线和动态磁参数最常用的一种方法。虽然随着现代科学技术的不断发展，已经有测量精度更高的方法，但示波器法其测量线路结构简单，测量过程的物理意义简单明了而且直观，更有助于认识软磁材料的特性。所以，迄今许多高等学校物理实验课程开设的磁滞回线实验还常用这种方法。但交流磁滞回线的形状受很多测量因素的影响。其中影响最大的是磁化场周期性变化的频率。回线形状随磁化场的频率而变化，反映了磁芯的涡流损耗、动态磁滞损耗等随磁化场的频率而变化，也就是随H或B变化的速率而变化，相应地其动态磁参数也不相同。所以工程上要根据其实际使用频率进行测量。影响大的另一种因素就是磁化场变化的波形。同一个样品在同一频率和相同的最大磁感应强度Bm的条件下，磁化场的波形不同，回线的形状也明显不同。这一现象表明，B在相同的T/2的时间内从相同的一 Bm变到+Bm时，因在各个时间段B变化的具体速率不同也使回线的形状发生显著的变化。这更进一步表明H和B变化的速率对软磁材料的动态磁滞和损耗等产生的强烈影响。因此，在讨论软磁材料的动态磁性时，不仅必须给定H和B变化的频率，同时还要指定H或B变化的波形。因此很难制定一个检测软磁材料的动态磁参数的统一标准。因为用于电能传输的变压器大多数都在接近B正弦条件下工作，所以国际上规定在“B正弦”条件下测量软磁材料的动态磁参数，以便数据的统一和比对。所谓在“B正弦”条件下测量，就是指在测量软磁材料样品的交流磁滞回线的全过程中，包括样品被交流磁化到其B的动态范围接近正、负饱和区的情况，都要求软磁材料样品中的B仍然按正弦规律变化。但在技术上有时很难实现“B正弦”条件。例如，当样品被交流磁化到接近饱和时就很难满足“B正弦”条件，导致在此区域的测量结果误差大。有人提出在“B三角波”条件下测量软磁材料的交流磁滞回线及有关的动态磁参数，当样品被交流磁化到其B值接近饱和时也因为不能满足“B三角波”条件导致测量误差大。而软磁材料在实际应用中往往在接近饱和的磁感应强度下工作，需要较准确地测试在低频高磁感应强度下的动态磁参数，因此需要研究能够完成这类测试任务的实验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种可减少测交流磁滞回线失真、提高测动态磁参数精度的用数字存储示波器观测软磁材料交流磁滞回线的实验方法。该方法能够较准确的测量样品被交流磁化到其B值接近饱和时的交流磁滞回线及其动态磁参数。本专利技术方法是: (I)先设计一个交流三角波电流恒流源电路，如附图2所示，该电路包括电子积分器、双向幅值检测与控制电路、D触发器、模拟开关和电压/电流转换与恒流控制电路。其中模拟开关(A)的输入端接电源-V，其输出端接电子积分器的输入端，其控制端接D触发器的Q端。模拟开关(B)的输入端接电源，其输出端也接电子积分器的输入端，其控制端接D触发器的“Q非”端。电子积分器主要包括LF356集成运算放大器，该电子积分器采用典型的反向积分电路，其输出端接分压器的输入端和双向幅值检测与控制电路的输入端。双向幅值检测与控制电路包括负峰值检测与控制比较器(I)和正峰值检测与控制比较器(2)，其中，负峰值检测与控制比较器(I)的(+ )端接参考电源一 VMf，其(一)端接电子积分器的输出端，其输出端接D触发器的“S非”端；正峰值检测与控制比较器(2)的(+ )端也接电子积分器的输出端，其(一)端接参考电源+VMf，其输出端接D触发器的“R非”端。分压器电路由12个相同阻值的电阻串联组成，由12位的波段开关控制选择其输出电压，其输出端接电压/电流转换与恒流控制电路的输入端。电压/电流转换与恒流控制电路主要由TDA2040集成功放元件组成，该电路的结构与同向放大器基本相同，但有一点不同，如附图1、附图2所示，其负反馈输入端不接功放的输出端，而是与负反馈取样电阻R1的一端连接，R1的另一端接地。励磁线圈作为该电路的负载，其一端接功放的输出端，其另一端接该电路的负反馈输入端。所述的电源_V、+V、参考电源一 VMf、参考电源+VMf，分别根据所需电压选用集成的标准电源元件，其电压精确、稳定、一致性好，便于匹配，而且小巧、便宜。(2)如附图1所示，在软磁材料环形磁芯样品(I)上，绕有一副励磁线圈(2)和一副检测线圈(3)。将励磁线圈作为交流三角波电流恒流源电路的负载接到该电路的输出端，使通过励磁线圈的励磁电流A的波形为稳定的三角波；当该样品被交流磁化到其B值的动态范围接近饱和区时，虽然励磁线圈的感抗在不断地急剧变化，但励磁电流A的波形仍然为稳定的三角波，其幅值和波形保持不变，从而使该样品内励磁磁场强度H=N1Y1"的波形也为稳定的三角波，其幅值和波形也保持不变，如附图7和附图10所示。可将这种励磁方式称之为“H三角波”条件，或“H三角波”条件的励磁方式；这也是本项专利技术的关键。上式中，N1为励磁线圈的匝数，I为磁环的等效周长，它们的数值已知。只要保持交流三角波电流恒流源电路的输入端的三角波电压的幅值和周期T不变，就可使交流三角波励磁电流的幅值和周期T不变，从而使该样品内V变化的速率其大小I dH/dt I = I 4Hm/T I保持不变，创造了在H均匀变化的情况下观测B值的变化规律的条件，使测得的交流磁滞回线能更好地反映该样品内B的数值与H的数值之间的函数关系，为准确测绘交流磁化曲线创造了有利条件。采用这种方法，能够较好的解决当样品被交流磁化到其B值接近饱和时，较准确地测量其交流磁滞回线和有关的磁参数的问题。(3)如附图1所示，R1既是该电路负反馈的取样电阻，也是励磁电流士的取样电阻。从R1两端提取的电SVh= I1 R1，直接送到数字存储示波器(6)的X输入端直流耦合输入。(4)检测线圈(3)输出的感应电动势，经过电子积分器积分得到反映磁芯中磁感应强度B的信号V,。但该电子积分器采用的是典型的“反向积分器”的结构，会产生180°的附加相移，因此需要使上述信号匕再通过一个反向放大器以抵消该“电子积分器”产生的附加相移，然后直接送到数字存储示波器的Y输入端直流耦合输入。(5)数字存储示波器采用XY扫描方式。调节示波器两个通道的放大倍率，使在屏幕上显示大小适中有利于测量的交流磁滞回线。所谓“大小适中有利于测量”，指的是在保持波形完整的条件下使波形尽可能的大，以充分发挥数字存储示波器的测量精度，如附图3、5、6、8、9等所示。实验结果表明这种交流磁滞回线具有对称性，所以将回线的中心调到屏幕的中心，则过屏幕中心的横线就是H坐标轴；过屏幕中心的竖线就是B坐标轴，如附图5、附图8所示。(6)实验结果表明，在“H三角波”条件下测得的交流磁滞回线，回线的两端都是尖的，如附图3、5、8所示；回线尖端点的Vh和Vb的数值，分别就是该回线上Vh和Vb的峰值VHm和V伽。利用数字存储示波器的测量光标和数显功能，根据回线具有的对称性，采用如附图3所示的方法，容易测出^和Van的数值，测量精度可达本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用数字存储示波器观测交流磁滞回线的实验方法，其特征是：（1）设计一个交流三角波电流恒流源电路，该电路包括电子积分器、双向幅值检测与控制电路、D触发器、模拟开关和电压/电流转换与恒流控制电路；其中，模拟开关包括模拟开关A和模拟开关B；模拟开关A的输入端接电源?V，其输出端接电子积分器的输入端，其控制端接D触发器的Q端；模拟开关B的输入端接电源+V，其输出端也接电子积分器的输入端，其控制端接D触发器的“Q非”端；电子积分器是以LF356集成运算放大器为主构成的典型的反向积分电路，其输出端接分压器的输入端和双向幅值检测与控制电路的输入端；双向幅值检测与控制电路包括负峰值检测与控制比较器和正峰值检测与控制比较器；负峰值检测与控制比较器的（+）端接参考电源－Vref，其（－）端接电子积分器的输出端，其输出端接D触发器的“S非”端；正峰值检测与控制比较器的（+）端接也接电子积分器的输出端，其（－）端接参考电源+Vref，其输出端接D触发器的“R非”端；分压器电路由12个相同阻值的电阻串联组成，由12位的波段开关控制选择其输出电压，其输出端接电压/电流转换与恒流控制电路的输入端；电压/电流转换与恒流控制电路包括TDA2040集成功放元件，电路结构与同向放大器基本相同，但其负反馈输入端不接功放的输出端，而是与负反馈取样电阻R1的一端连接，R1的另一端接地；励磁线圈作为该电路的负载，其一端接功放的输出端，其另一端接该电路的负反馈输入端；所述的电源、电源、参考电源－Vref、参考电源+Vref，分别根据所需电压选用集成的标准电源元件；?（2）在软磁材料环形磁芯样品上绕有一副励磁线圈和一副检测线圈；将励磁线圈作为交流三角波电流恒流源电路的负载接到该电路的输出端，使通过励磁线圈的励磁电流i1的波形为稳定的三角波；当该样品被交流磁化到其B值的动态范围接近饱和区时，虽然励磁线圈的感抗在不断地急剧变化，但励磁电流i1的波形仍然为稳定的三角波，其幅值和波形保持不变，从而使该样品内的励磁磁场强度H=N1i1/l的波形也为稳定的三角波，其幅值和波形也保持不变；其中，N1为励磁线圈的匝数，l为该样品的等效周长；可将这种励磁方式称为“H三角波”条件的励磁方式；（3）交流三角波电流恒流源电路的负反馈取样电阻R1，也是励磁电流i1的取样电阻；从R1两端提取的电压VH=?i1?R1，直接送到数字存储示波器的X输入端直流耦合输入；（4）检测线圈输出的感应电动势e2?，经过电子积分器积分得到反映该样品中磁感应强度B的信号VB；该电子积分器会产生180°的附加相移，须使上述信号VB再通过一个反向放大器以抵消该“电子积分器”产生的附加相移，然后直接送到数字存储示波器的Y输入端直流耦合输入；（5）数字存储示波器采用XY扫描方式；调节示波器两个通道的放大倍率，使在屏幕上显示有利于测量的交流磁滞回线，在保持波形完整的条件下使波形尽可能的大，以充分发挥数字存储示波器的测量精度；将回线的中心调到屏幕中心，则过屏幕中心的横线就是H坐标轴；过屏幕中心的竖线就是B坐标轴；（6）在“H三角波”条件下测得的交流磁滞回线，回线的两端都是尖的；回线尖端点的VH和VB的数值，分别就是该回线上VH和VB的峰值VHm和VBm；利用数字存储示波器的测量光标和数显功能，根据回线具有的对称性，测出VHm和VBm的数值；（7）根据安培环路定理可得Hm=N1i1m/l；根据欧姆定理可得VHm=i1mR1，于是Hm=（VHm?N1/lR1）=kHVHm；其中，kH=?N1/lR1；Hm是该磁滞回线上磁场强度H的最大值；已知N1、R1、l；且已测出VHm，则可求出Hm；已知kH，利用数字存储示波器的测量光标和数显功能，根据饱和磁滞回线，测出该回线与H坐标轴的交点的坐标，求出样品的动态矫顽力HC；?（8）根据法拉第电磁感应定律可得：│e2│=│dψ/dt│=│N2SdB/dt│，将e2通过电子积分器积分，得Bm=（R2C/N2S）VBm=kBVBm，其中，N2为副线圈的匝数，S为磁环的横截面积，R2C为电子积分器的积分常数，VBm为电子积分器的输出电压，可从磁滞回线上测出，求出Bm；已知kB=（R2C/N2S），利用数字存储示波器的测量光标和数显功能，根据饱和磁滞回线，测出该回线与B坐标轴的交点的坐标，求出样品的动态剩余磁感应强度Br；（9）调节控制三角波电压幅值的波段开关，使励磁电流i1从最小依次逐档调到最大，或从最大依次逐档调到最小，使i1依次分别取不同的数值，分别得到相应的稳定的交流磁滞回线；分别测出这些达到稳定状态的...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张旭峰，何森，姜卫，曹美珍，高永全，王秉仁，吴晶莹，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。