2015年11月由中國計(jì)量科學(xué)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(jìn)行深度的研究。針對目前國內(nèi)外相關(guān)設(shè)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(bào)**進(jìn)行保護(hù)。
磁性材料是二戰(zhàn)后對科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展僅次于半導(dǎo)體的，*具貢獻(xiàn)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(dǎo)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(gè)環(huán)形樣品）上繞制兩個(gè)線圈，其中一個(gè)通入勵(lì)磁電流產(chǎn)生掃描磁場H(t)，稱為勵(lì)磁線圈，另一個(gè)收集樣品磁通變化引起的感應(yīng)電壓，稱為測量線圈，其感應(yīng)電壓通過積分運(yùn)算獲得相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度響應(yīng)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(zhǔn)確度的基礎(chǔ)。所以，盡管這種方法很普遍、很簡單，但實(shí)際上是不可取的。部分企業(yè)也采用沖擊法進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(chǔ)設(shè)備也是具有非常好的重復(fù)性，這方面中國的測試設(shè)備整體上優(yōu)于國外同行設(shè)備，國內(nèi)設(shè)備自上世紀(jì)90年代就開始采用由中國計(jì)量科學(xué)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(zhǔn)確度和重復(fù)性均優(yōu)于國外同行采用掃描法設(shè)計(jì)的設(shè)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(shè)備進(jìn)展，26年后再次在他的指導(dǎo)下進(jìn)行磁測量設(shè)備的研發(fā)備受鼓舞，華鳴儀器將在他的指導(dǎo)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(xiàn)。
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(shí)驗(yàn)室采用該設(shè)備作為磁性軟磁材料直流磁性能測試評估是不科學(xué)的，在測試矯頑力Hc較低和金屬軟磁材料方面，其測試重復(fù)性都難以勝任。
而中國軟磁材料直流特性的測量，測試準(zhǔn)確度和重復(fù)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(jìn)行測量，華鳴儀器自2012年將磁通計(jì)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(shí)表現(xiàn)為具有更好的重復(fù)性。
一、實(shí)例介紹：
1、設(shè)備測試重復(fù)性的檢驗(yàn)
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(lì)磁繞組：N1=20匝，感應(yīng)繞組N2=20匝；
1-4、鎖定Hs=80A/m條件，沖擊時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(lì)磁繞組：N1=99匝，感應(yīng)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(jìn)行磁滯回線測試）
|
編號
|
Pu(J/m3)
|
Bs（T）
|
Br（T）
|
Hc（A/m）
|
Hs(A/m)
|
時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)沖擊時(shí)間達(dá)到1秒以后，材料的Hc變化才趨于緩慢，考慮設(shè)備測試重復(fù)性為0.3%，認(rèn)可測試的準(zhǔn)確性。從測試數(shù)據(jù)中同時(shí)可以看出，Bs和Br對沖擊時(shí)間是不敏感的，在只需要進(jìn)行對該兩項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測試時(shí)，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(shí)間為1.5秒和2秒的兩個(gè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行等H值三角函數(shù)處理，獲得兩次不同條件下對應(yīng)的Bdat作圖，曲線上看重復(fù)性很好（見圖），并對各點(diǎn)進(jìn)行比較（見表格）。
2-8、對應(yīng)測試點(diǎn)分析（Hdat采用自適應(yīng)材料軟件控制,列部分?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)偏差?B并不大，主要與該點(diǎn)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(shí)對硅鋼、鐵氧體、Q235、1J79材料等都進(jìn)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(dāng)沖擊時(shí)間達(dá)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(shè)備中和質(zhì)量檢測機(jī)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(jì)量科學(xué)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(dǎo)華鳴儀器進(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jī)、D/A變換器、勵(lì)磁電流發(fā)生器、積分器及A/D變換器，所述微機(jī)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(lì)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(lì)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(shí)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(shí)施例中，所述勵(lì)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(shí)施例中，所述積分器為放大感應(yīng)電壓與時(shí)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(shí)施例中，所述微機(jī)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(shí)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(jī)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(lì)磁電流發(fā)生器產(chǎn)生勵(lì)磁函數(shù)ΔH(t)，作用于被測樣品，其響應(yīng)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(jī)的軟件功能實(shí)現(xiàn)數(shù)值積分獲得ΔB，也可以通過一個(gè)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(shí)刻dH/dt=0，dB/dt=0，在一個(gè)設(shè)定的磁滯回線上，經(jīng)過N次的單方向循環(huán)，獲得的N個(gè)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(yīng)的磁化能Eh。連接多個(gè)基本磁滯回線族的頂點(diǎn)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(chǔ)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(xué)習(xí)、自適應(yīng)功能，保證測量結(jié)果的**性、準(zhǔn)確度和測量過程的*優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)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(yùn)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(hù)范圍內(nèi)。
