2015年11月由中國計量科學院磁測量專家瞿清昌先**起，華鳴儀器相關(guān)科研人員展開對軟磁材料直流磁性能測量進行深度的研究。針對目前國內(nèi)外相關(guān)設備存在的不足，提出了“軟磁材料基本磁滯回線”這一全新的概念，并研究出相關(guān)的測量裝置，2016年3月申報**進行保護。
磁性材料是二戰(zhàn)后對科技進步和經(jīng)濟社會發(fā)展僅次于半導體的，*具貢獻的功能材料。軟磁材料是磁性材料工業(yè)的重要組成部分。軟磁材料磁性參數(shù)及其測量是保證其制成的產(chǎn)品(主要是電子產(chǎn)品)質(zhì)量、指導研究與發(fā)展新型材料的關(guān)鍵。
磁性參數(shù)*基本的參數(shù)都是定義在磁滯回線上，所以通常的磁性測量就是磁滯回線的測繪。目前，這種測繪通常采用磁場掃描法，被測樣品（通常是一個環(huán)形樣品）上繞制兩個線圈，其中一個通入勵磁電流產(chǎn)生掃描磁場H(t)，稱為勵磁線圈，另一個收集樣品磁通變化引起的感應電壓，稱為測量線圈，其感應電壓通過積分運算獲得相應的磁感應強度響應函數(shù)B(t)，B(t)與H(t)的關(guān)系函數(shù)即為磁滯回線，樣品的磁性參數(shù)都定義在磁滯回線上。由于樣品在磁化過程中渦流對磁化的作用，測量到的磁滯回線受到磁化頻率和磁場波形（諧波）的影響，而產(chǎn)生畸變。從而使測量結(jié)果失去**性，**性是磁性材料測量結(jié)果可比性和準確度的基礎。所以，盡管這種方法很普遍、很簡單，但實際上是不可取的。部分企業(yè)也采用沖擊法進行測試，包括華鳴儀器現(xiàn)有的FE-2100SD軟磁材料直流測量裝置也沒能進行更深度的研究，即針對不同產(chǎn)品如何控制沖擊波形函數(shù)和如何控制沖擊周期保證測試數(shù)據(jù)的準確性，特別是磁滯回線的**性（即軟磁材料的基本磁滯回線），尚屬于軟磁材料直流磁性能測試規(guī)范的空白。
首先要要保證該測試裝置的成功研制，必須保證基礎設備也是具有非常好的重復性，這方面中國的測試設備整體上優(yōu)于國外同行設備，國內(nèi)設備自上世紀90年代就開始采用由中國計量科學院瞿清昌先生、高原先生和林安利先生等與湖南省婁底市電子研究所合作開發(fā)的**代MATS-2000S磁性材料測試系統(tǒng)。在測試基本磁化曲線和磁滯回線及其相關(guān)參數(shù)上，測試準確度和重復性均優(yōu)于國外同行采用掃描法設計的設備，瞿清昌老師作為中國磁測量的奠基者，一直關(guān)心中國的磁測量設備進展，26年后再次在他的指導下進行磁測量設備的研發(fā)備受鼓舞，華鳴儀器將在他的指導下，借用毛主席的詩詞，瞿老的墨寶繼續(xù)為中國磁測量水平的提高做出貢獻。
比較典型的國外產(chǎn)品，如德國瑪格理Magnet-Physik C-750，部分國家資質(zhì)的實驗室采用該設備作為磁性軟磁材料直流磁性能測試評估是不科學的，在測試矯頑力Hc較低和金屬軟磁材料方面，其測試重復性都難以勝任。
而中國軟磁材料直流特性的測量，測試準確度和重復性方面均優(yōu)于國際同行，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)共4家（或算5家），大都采用模擬沖擊法進行測量，華鳴儀器自2012年將磁通計漂移控制技術(shù)提高到1uWb/min，并能非常**的控制Hs，滿足了測試低剩磁材料直流特性測量的測試要求，在測試該類產(chǎn)品時表現(xiàn)為具有更好的重復性。
一、實例介紹：
1、設備測試重復性的檢驗
1-1、測試樣品材料：1J79帶材（厚度0.1mm）卷繞圓環(huán)；
1-2、樣品參數(shù)：Le=88.18mm，Ae=10.44mm2，Ve=0.9204cm3，We=7.88g；
1-3、勵磁繞組：N1=20匝，感應繞組N2=20匝；
1-4、鎖定Hs=80A/m條件，沖擊時間Tsw=1s。
1-5、測試結(jié)果（K=2）
|
編號
|
Pu(J/m^3)
|
Bs(T)
|
Br(T)
|
Hc(A/m)
|
Hs(A/m)
|
|
1
|
2.481
|
0.7433
|
0.4161
|
0.7046
|
79.99
|
|
2
|
2.523
|
0.7433
|
0.4174
|
0.7047
|
79.88
|
|
3
|
2.452
|
0.7434
|
0.4156
|
0.7049
|
79.88
|
|
4
|
2.423
|
0.7437
|
0.4188
|
0.7058
|
80
|
|
5
|
2.456
|
0.7434
|
0.4169
|
0.7058
|
79.88
|
|
平均值
|
2.467
|
0.7434
|
0.4170
|
0.7052
|
79.93
|
|
標準偏差
|
0.37
|
0.0002
|
0.0012
|
0.0006
|
0.06
|
|
相對值
|
1.5%
|
0.02%
|
0.3%
|
0.1%
|
0.1%
|
2、開展對基本磁滯回線的測試即：純鐵材料不同沖擊時間寬度下直流特性的測試分析
2-1、測試樣品材料：DT4電工純鐵；
2-2、樣品參數(shù)：Le=112.2mm，Ae=20.32mm2，Ve=2.279cm3，We=17.75g；
2-3、勵磁繞組：N1=99匝，感應繞組N2=21匝；
2-4、鎖定Hs=6000A/m條件。
2-5、測試結(jié)果（采用沖擊法進行磁滯回線測試）
|
編號
|
Pu(J/m3)
|
Bs（T）
|
Br（T）
|
Hc（A/m）
|
Hs(A/m)
|
時間（S）
|
|
1
|
875.3
|
1.721
|
0.6767
|
97.22
|
6000
|
0.1
|
|
2
|
872.7
|
1.721
|
0.677
|
95.65
|
6001
|
0.2
|
|
3
|
874
|
1.721
|
0.6772
|
94.91
|
6000
|
0.3
|
|
4
|
868.5
|
1.721
|
0.677
|
93.94
|
6000
|
0.4
|
|
5
|
875.2
|
1.721
|
0.677
|
93.46
|
6000
|
0.5
|
|
6
|
877.4
|
1.721
|
0.678
|
93.03
|
6001
|
0.6
|
|
7
|
882.5
|
1.721
|
0.6768
|
92.93
|
6000
|
0.7
|
|
8
|
873.5
|
1.721
|
0.6767
|
92.7
|
6000
|
0.8
|
|
9
|
875
|
1.721
|
0.6768
|
92.59
|
6001
|
0.9
|
|
10
|
879.6
|
1.721
|
0.6768
|
92.09
|
6000
|
1.0
|
|
11
|
872.7
|
1.721
|
0.6775
|
91.99
|
5995
|
1.5
|
|
12
|
865.8
|
1.722
|
0.6778
|
91.92
|
6001
|
2.0
|
|
平均值
|
874.35
|
1.72108
|
0.67711
|
93.536
|
5999.92
|
|
|
*大值
|
882.5
|
1.722
|
0.678
|
97.22
|
6001
|
|
|
*小值
|
865.8
|
1.721
|
0.6767
|
91.92
|
5995
|
|
|
標準偏差
|
8.35
|
0.0005
|
0.00065
|
2.56
|
3
|
|
|
相對偏差
|
1.9%
|
0.058%
|
0.192%
|
5.662%
|
0.1%
|
|
2-6、結(jié)論：從測試結(jié)果中可以看出，DT4電工純鐵材料，只有當沖擊時間達到1秒以后，材料的Hc變化才趨于緩慢，考慮設備測試重復性為0.3%，認可測試的準確性。從測試數(shù)據(jù)中同時可以看出，Bs和Br對沖擊時間是不敏感的，在只需要進行對該兩項參數(shù)進行測試時，可不考慮影響，加快測試速度，提高測試效率。
2-7、將沖擊法測試時間為1.5秒和2秒的兩個原始數(shù)據(jù)進行等H值三角函數(shù)處理，獲得兩次不同條件下對應的Bdat作圖，曲線上看重復性很好（見圖），并對各點進行比較（見表格）。
2-8、對應測試點分析（Hdat采用自適應材料軟件控制,列部分數(shù)據(jù)）：
|
Hdat(A/m)
|
B1dat（T）
|
B2dat(T)
|
?B(T)
|
-2?B/（B1+B2）
|
|
6000
|
1.72372
|
1.722175
|
0.001545
|
-0.000896791
|
|
5800
|
1.718706
|
1.716543
|
0.002163
|
-0.001259569
|
|
5700
|
1.716136
|
1.713826
|
0.00231
|
-0.00134685
|
|
5200
|
1.703729
|
1.701837
|
0.001892
|
-0.001111
|
|
4800
|
1.693534
|
1.691739
|
0.001796
|
-0.001060908
|
|
4200
|
1.676857
|
1.6758
|
0.001057
|
-0.000630471
|
|
3600
|
1.658266
|
1.657172
|
0.001095
|
-0.000660322
|
|
3200
|
1.644426
|
1.643494
|
0.000933
|
-0.000567319
|
|
2600
|
1.62063
|
1.620577
|
5.34E-05
|
-3.29245E-05
|
|
2250
|
1.604945
|
1.603456
|
0.001489
|
-0.000928134
|
|
2080
|
1.595877
|
1.596141
|
-0.00026
|
0.000165177
|
|
1750
|
1.573246
|
1.57527
|
-0.00202
|
0.001286102
|
|
1580
|
1.5592
|
1.561753
|
-0.00255
|
0.001635894
|
|
1400
|
1.539872
|
1.545238
|
-0.00537
|
0.003478697
|
|
1330
|
1.530769
|
1.540964
|
-0.01019
|
0.00663786
|
|
1200
|
1.512423
|
1.516163
|
-0.00374
|
0.002470255
|
|
1070
|
1.489531
|
1.49226
|
-0.00273
|
0.001830875
|
|
970
|
1.468348
|
1.468399
|
-5.1E-05
|
3.47967E-05
|
|
910
|
1.453743
|
1.454335
|
-0.00059
|
0.000407047
|
|
850
|
1.437011
|
1.43792
|
-0.00091
|
0.000632424
|
|
780
|
1.414654
|
1.415089
|
-0.00044
|
0.000307709
|
|
720
|
1.392882
|
1.392376
|
0.000506
|
-0.000363067
|
|
675
|
1.37521
|
1.37501
|
0.0002
|
-0.000145443
|
|
640
|
1.360093
|
1.36014
|
-4.7E-05
|
3.44192E-05
|
|
610
|
1.34582
|
1.346701
|
-0.00088
|
0.00065369
|
|
575
|
1.328219
|
1.328454
|
-0.00024
|
0.000177155
|
|
545
|
1.31253
|
1.313645
|
-0.00112
|
0.000849154
|
|
515
|
1.295402
|
1.295809
|
-0.00041
|
0.000314119
|
|
480
|
1.27364
|
1.274969
|
-0.00133
|
0.00104306
|
|
450
|
1.254138
|
1.254108
|
3.03E-05
|
-2.41268E-05
|
|
415
|
1.229003
|
1.229817
|
-0.00081
|
0.000662054
|
|
385
|
1.205983
|
1.205305
|
0.000678
|
-0.000561948
|
|
355
|
1.181752
|
1.180986
|
0.000767
|
-0.000649042
|
|
330
|
1.160657
|
1.161576
|
-0.00092
|
0.000790867
|
|
305
|
1.137758
|
1.136228
|
0.001531
|
-0.001346327
|
|
280
|
1.112102
|
1.112723
|
-0.00062
|
0.000558225
|
|
265
|
1.096654
|
1.097662
|
-0.00101
|
0.000918247
|
|
240
|
1.069408
|
1.070457
|
-0.00105
|
0.000981363
|
|
215
|
1.042015
|
1.041978
|
3.7E-05
|
-3.54737E-05
|
|
200
|
1.024144
|
1.023671
|
0.000473
|
-0.000461748
|
|
180
|
0.999308
|
0.999135
|
0.000173
|
-0.000173256
|
|
170
|
0.986829
|
0.986894
|
-6.5E-05
|
6.56855E-05
|
|
150
|
0.959066
|
0.959226
|
-0.00016
|
0.000167265
|
|
140
|
0.943656
|
0.943682
|
-2.5E-05
|
2.67982E-05
|
|
135
|
0.936406
|
0.935832
|
0.000574
|
-0.000613041
|
|
120
|
0.913999
|
0.912298
|
0.001701
|
-0.001862299
|
|
100
|
0.882606
|
0.882133
|
0.000473
|
-0.000535686
|
|
90
|
0.865302
|
0.86548
|
-0.00018
|
0.000205864
|
|
80
|
0.847393
|
0.847908
|
-0.00052
|
0.000608356
|
|
70
|
0.829971
|
0.829279
|
0.000692
|
-0.000834425
|
|
60
|
0.812574
|
0.811048
|
0.001526
|
-0.001880117
|
|
45
|
0.782874
|
0.781608
|
0.001266
|
-0.001618831
|
|
38
|
0.765973
|
0.766113
|
-0.00014
|
0.000183355
|
|
30
|
0.74912
|
0.749334
|
-0.00021
|
0.000285233
|
|
18
|
0.723358
|
0.723274
|
8.37E-05
|
-0.000115753
|
|
5
|
0.691728
|
0.691636
|
9.24E-05
|
-0.000133639
|
|
0
|
0.677813
|
0.677455
|
0.000358
|
-0.000528309
|
|
-4
|
0.663906
|
0.664014
|
-0.00011
|
0.000162557
|
|
-10
|
0.648712
|
0.649034
|
-0.00032
|
0.000497145
|
|
-20
|
0.61899
|
0.620065
|
-0.00107
|
0.001734383
|
|
-25
|
0.605082
|
0.606092
|
-0.00101
|
0.00166825
|
|
-35
|
0.569794
|
0.571252
|
-0.00146
|
0.002556236
|
|
-45
|
0.528607
|
0.528904
|
-0.0003
|
0.000561957
|
|
-60
|
0.415426
|
0.416859
|
-0.00143
|
0.003442129
|
|
-70
|
0.284498
|
0.286276
|
-0.00178
|
0.006229497
|
|
-80
|
0.142355
|
0.143581
|
-0.00123
|
0.008579813
|
|
-90
|
0.018318
|
0.018313
|
4.75E-06
|
-0.000259477
|
|
-100
|
-0.08852
|
-0.08683
|
-0.00168
|
-0.01921114
|
|
-105
|
-0.12719
|
-0.12256
|
-0.00462
|
-0.037034862
|
|
-110
|
-0.16837
|
-0.16361
|
-0.00477
|
-0.028708325
|
|
-120
|
-0.24698
|
-0.24346
|
-0.00352
|
-0.014336927
|
|
說明：該位置相對偏差*大，標準偏差?B并不大，主要與該點B值較小有關(guān)。
|
........
|
-1620
|
-1.50672
|
-1.51029
|
0.003577
|
0.002370987
|
|
-1750
|
-1.52561
|
-1.5296
|
0.003989
|
0.002611236
|
|
-1950
|
-1.54885
|
-1.55455
|
0.005697
|
0.003671415
|
|
-2200
|
-1.57252
|
-1.57777
|
0.005255
|
0.003336196
|
|
-2560
|
-1.59726
|
-1.60458
|
0.007321
|
0.004573052
|
|
-3100
|
-1.62652
|
-1.63212
|
0.005595
|
0.00343384
|
|
-3600
|
-1.64774
|
-1.65085
|
0.00311
|
0.001885499
|
|
-4000
|
-1.66226
|
-1.664
|
0.001742
|
0.001047631
|
|
-4600
|
-1.68094
|
-1.68413
|
0.00319
|
0.001895764
|
|
-5100
|
-1.69534
|
-1.69695
|
0.001611
|
0.000949732
|
|
-5750
|
-1.71321
|
-1.71367
|
0.000456
|
0.00026604
|
|
-5950
|
-1.71842
|
-1.71919
|
0.000771
|
0.000448759
|
|
-6000
|
-1.71923
|
-1.72077
|
0.001537
|
0.000893743
|
3、同時對硅鋼、鐵氧體、Q235、1J79材料等都進行了相關(guān)性能的測試，不在一一列出，均獲得了以下結(jié)論：只有當沖擊時間達到一定要求后，材料的磁滯回線及其相關(guān)參數(shù)才能確定是穩(wěn)定的，這方面在國內(nèi)外設備中和質(zhì)量檢測機構(gòu)沒有引起相關(guān)的重視，也無相關(guān)規(guī)范，特別造成了行業(yè)中測試Hc參數(shù)的測試數(shù)據(jù)的差異化。由此，中國計量科學院瞿清昌老師首先提出“軟磁材料基本磁滯回線”這一全新的定義，即軟磁材料磁滯回線是**的。并指導華鳴儀器進行相關(guān)方面的研究并已經(jīng)申請**。
二、**申請內(nèi)容簡單介紹
為了解決現(xiàn)有軟磁材料基本磁滯回線檢測方法檢測易產(chǎn)生畸變、檢測結(jié)果不準確的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種不易產(chǎn)生畸變、檢測結(jié)果準確的軟磁材料基本磁滯回線測量裝置。
本發(fā)明提供的軟磁材料基本磁滯回線測量裝置包括微機、D/A變換器、勵磁電流發(fā)生器、積分器及A/D變換器，所述微機分別與所述D/A變換器及所述A/D變換器連接，所述D/A變換器與所述勵磁電流發(fā)生器連接，所述A/D變換器與所述積分器連接，所述勵磁電流發(fā)生器包括檢測接口，所述積分器包括檢測結(jié)果接收口，所述檢測接口及所述檢測結(jié)果接收口均可與被測樣品連接。
在本發(fā)明提供的軟磁材料基本磁滯回線測量裝置的一種較佳實施例中，所述積分器為比例積分放大器或模擬積分器。
在本發(fā)明提供的軟磁材料基本磁滯回線測量裝置的一種較佳實施例中，所述勵磁電流發(fā)生器為可發(fā)生一定幅值及形狀的電流發(fā)生器。
在本發(fā)明提供的軟磁材料基本磁滯回線測量裝置的一種較佳實施例中，所述積分器為放大感應電壓與時間的積分值的積分器。
在本發(fā)明提供的軟磁材料基本磁滯回線測量裝置的一種較佳實施例中，所述微機可通過數(shù)據(jù)處理獲得各種磁性參數(shù)，包括剩磁Br值、矯頑力Hc值及磁化能Eh值等。
在本發(fā)明提供的軟磁材料基本磁滯回線測量裝置的一種較佳實施例中，所述積分器和所述A/D變換器可直接獲得磁通量變化量ΔB的磁性參數(shù)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的軟磁材料基本磁滯回線測量裝置具有如下的有益效果：以所述微機為中心，按照沖擊法磁性測量原理，通過所述D/A變換器控制所述勵磁電流發(fā)生器產(chǎn)生勵磁函數(shù)ΔH(t)，作用于被測樣品，其響應函數(shù)dB/dt通過所述放大器和所述A/D變換器采樣，由所述微機的軟件功能實現(xiàn)數(shù)值積分獲得ΔB，也可以通過一個所述積分器和所述A/D直接獲得，在滿足沖擊法測量條件，即ΔH的起始和結(jié)束時刻dH/dt=0，dB/dt=0，在一個設定的磁滯回線上，經(jīng)過N次的單方向循環(huán)，獲得的N個測量結(jié)果，通過數(shù)據(jù)處理獲得的一條磁滯回線，就是本發(fā)明定義的基本磁滯回線。裝置可以獲得定義在基本磁滯回線各種磁性參數(shù)，包括Br、Hc和回線面積對應的磁化能Eh。連接多個基本磁滯回線族的頂點還可以獲得材料的基本磁化曲線，和定義在該曲線上的各種磁性參數(shù)。
本發(fā)明還特別包括在基本磁滯回線面積，即磁化能Eh基礎上獲得該軟磁材料交流磁性的關(guān)鍵參數(shù)kE。裝置具有自學習、自適應功能，保證測量結(jié)果的**性、準確度和測量過程的*優(yōu)化的優(yōu)點。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的**范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明**保護范圍內(nèi)。
