[發明專利]一種球形材料結構三維動態磁特性的測量系統

有效

• 申請號: 202010140093.3
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111323738B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 李永建;成昊;岳帥超;孫鶴;竇宇
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;G01R33/00;G01R1/04
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種球形材料結構三維動態磁特性的測量系統，該系統包括：環形磁軛、激磁線圈、球形材料結構磁特性傳感器、球形材料保護外殼和數據放大電路；所述的環形磁軛包括均為半圓形的公頭磁軛和母頭磁軛，通過環形磁軛連接件相連，公頭和母頭端面平行；每個環形磁軛的極頭端各套有一個激磁線圈，組成一個一維激磁結構；每個環形磁軛的兩個極頭均夾持在球形材料保護外殼的兩端，兩個極頭中心點的連線通過球形材料保護外殼的中心，構成一維激磁結構；三個環形磁軛的極頭連線彼此垂直，構成在三維激磁架構；本發明可以消除邊緣效應，測量空間上任意一個方向上的磁特性。

技術領域：

本發明主要為球形材料結構的三維動態磁特性測試提供一種新型測量系統，實現對磁性材料三維磁特性的精確測量。

背景技術：

目前磁性材料的測量主要是采用環狀、片狀或立方體結構進行測量，環狀結構主要用于一維磁特性測量，片狀樣品主要用于二維磁特性測量，立方體結構主要用于三維磁特性測量，但上述三種結構形狀均與實際應用過程中相差較遠。為解決這個問題，設計制造一種球形形狀的磁性材料的測量系統是提高測量精度、模擬工程實際的迫切要求。

現有的一維磁特性測量，如磁環法，是將被測材料制成一個環狀結構，將其作為變壓器鐵芯，纏上線圈作為原邊和副邊，按照變壓器原理進行測特性測量。由于在實際工況中很少存在這種工作情況，因此此方法并不能模擬實際工況。

傳統的二維和三維磁特性測量通常采用片狀結構和立方體結構進行測量。在二維磁特性測量中，被測材料先被加工成正方形片狀結構，再將材料放置于磁極頭的氣隙中磁化，在片狀結構的表面上放置兩個互相垂直的測量磁場強度的H線圈，在兩組H線圈的四周放置了兩組互相垂直的測量磁通密度的B探針。在三維磁特性測量中，被測材料被加工成立方體結構，在立方體結構的六個表面上放置六組B-H傳感線圈，每組B-H線圈包含一個測量測通密度的B線圈和一個測量磁場強度的H線圈。傳感線圈和探針必須置于材料表面的中心區域。但是由于退磁作用和邊緣效應，在二維片狀結構和三維立方體材料結構的棱角處的磁特性并不與中心的測特性相同，且磁性材料長期工作在三維磁場中時，并不會出現明顯的棱角，例如E型變壓器中心連接處。由于實際工況下材料是連續的，并不存在邊緣效應，故用立方體結構去模擬實際工況時，有效的中心區域面積很小，因此傳感線圈要做的盡量小且要擺在立方體表面正中心，這就會引入較大的誤差，且所測數據的數量等級很小，容易引入其他干擾信號，造成測量誤差。

由于正方形片狀材料和立方體材料結構表面均不是連續的，因此會存在邊緣效應，即材料結構棱角處的磁特性與中心部分不一樣，并且邊緣效應會影響材料結構表面可測量的中心區域面積。此外，磁性材料在實際工況中所處的磁場并不一定只有正交坐標系的x、y、z三個軸向方向，且在測量時并不應該局限于軸向方向，而應該是測量任意一個方向上的磁特性，則被測材料應當采用球坐標系。但由于目前國內外課題組從未開展球形材料結構形狀的三維磁特性測量，同時因為適用于球形材料結構的磁特性傳感器較難設計，所以目前并沒有球形材料結構及其測量裝置。

發明內容

本發明目的是為了克服上述已有測量技術的缺點，提出了一種球形材料結構三維動態磁特性的測量系統。該裝置將材料部件的結構形狀從立方體變為球體，配合柔性磁特性傳感器。與目前測試三維磁特性的裝置相比，本發明可以消除邊緣效應，測量空間上任意一個方向上的磁特性。本專利就是為解決這兩個問題提出的，同時也是與我們課題組現有三維設備最重要的兩個不同點。

本發明的技術方案為：

一種球形材料結構三維動態磁特性的測量系統，該系統包括：環形磁軛、激磁線圈、球形材料結構磁特性傳感器、球形材料保護外殼和數據放大電路；

所述的環形磁軛包括均為半圓形的公頭磁軛和母頭磁軛，公頭磁軛的一端是極頭，另一端是公頭；母頭磁軛的一段是極頭，另一端是母頭；公頭磁軛上的公頭和母頭磁軛上的母頭通過環形磁軛連接件相連，公頭和母頭端面平行；

所述的激磁線圈由激磁線圈骨架及線圈構成；線圈纏繞在線圈骨架支撐柱上；