CN102520380B - 一种磁电材料磁电回线的作图方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁电材料磁电回线的作图方法，涉及磁电材料。将保存在文本文件中的一系列在直流磁场下测得的包括幅值和相位的交变磁电信号用极坐标和直角坐标的方式做图，极坐标平面也可称为信号复平面；判断引线的法拉第感应产生的干扰矢量并对每一个直流磁场下测得的磁电信号都进行扣除，得到矫正后的磁电信号；将扣除干扰矢量之后的磁电信号重新在复平面上作图，在磁电8字回线的竖对称轴上任取一点设置翻转相位的大小，根据翻转相位，设置位于翻转相位以上的磁电信号为正，设置翻转相位以下的磁电信号为负，以设置正负的磁电信号为纵坐标，直流磁场为横坐标，作图得到磁电回线。
Description
技术领域
本发明涉及磁电材料，尤其是涉及一种磁电材料磁电回线的作图方法。
背景技术
磁电效应是对一些多铁性化合物和铁电/铁磁复合材料施加磁场产生电场的物理效应，具有磁电效应的材料统称为磁电材料。目前，测量磁电效应普遍采用的方法是动态法，具体过程是用一个直流的磁场对磁电材料进行偏置，再在直流磁场上叠加一个较小的交变微扰磁场，测量此时磁电材料上产生的电压或者电荷信号。由于铁磁体的磁致伸缩行为与直流磁场方向无关，因此磁电效应的大小随着直流磁场的变化曲线是对称的。再则，由于直流磁场的变向会引起磁电信号相位的180°翻转，因此虽然动态法测到的磁电效应的信号是交变的，没有正负之分，但是可以由它的相位定义磁电效应的正负，从而做出形状类似磁滞回线的磁电回线。磁电回线是定义了正负之后的磁电信号随着直流磁场的变化关系。
在动态法的实际测量过程中，由于磁电材料的引线也处于交变的微扰磁场中，引线构成的回路在磁场中相当于一个单圈的线圈，因此磁电材料的引线会引入一些干扰信号。根据法拉第感应定律，线圈在交变磁场中将产生感应电压。所以实测信号并不单纯只包含磁电效应产生的电压信号，通常还叠加了引线的法拉第感应电压信号。当磁电电压信号比较微弱时，法拉第感应电压信号的影响将变得十分显著，因此经常发现实测信号随着直流磁场的变化显示出了与物理原理相悖的不对称现象，难以真实描述磁电效应随直流磁场的变化关系。
利用动态法测量磁电效应时，磁电材料还存在着磁电回线如何绘制的问题。目前，国际上普遍的处理方法是：当磁电信号与微扰磁场同相位时，将磁电信号的大小设置为正，反相位时为负。本申请人在中国专利CN101788653A中公开一种连续施加扫描磁场的磁电回线测试方法及其装置，提出一种简单的处理方法，即磁电信号与微扰磁场相位差大于0时为正，小于0时为负，对于信噪比较高的测量场合，具有较好的使用效果。但是如果测量中干扰信号较强，叠加了干扰信号的磁电信号难以与微扰磁场简单地存在同相与反相关系，将难以找到一个临界翻转相位，绘制磁电回线十分困难。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的磁电材料磁电回线的作图比较困难等问题，提供一种磁电材料磁电回线的作图方法。
本发明包括以下步骤：
1)将保存在文本文件中的一系列在直流磁场下测得的包括幅值和相位的交变磁电信号用极坐标和直角坐标的方式做图，极坐标平面也可称为信号复平面；
2)判断引线的法拉第感应产生的干扰矢量并对每一个直流磁场下测得的磁电信号都进行扣除，得到矫正后的磁电信号；
3)将扣除干扰矢量之后的磁电信号重新在复平面上作图，在磁电8字回线的竖对称轴上任取一点设置翻转相位的大小，根据翻转相位，设置位于翻转相位以上的磁电信号为正，设置翻转相位以下的磁电信号为负，以设置正负的磁电信号为纵坐标，直流磁场为横坐标，作图得到磁电回线。
在步骤1)中，所述交变磁电信号包括时间、磁场、幅值和相位数据的磁电回线数据；所述用极坐标做图的具体方法是：在极坐标下，每一个磁场下的一对数据，包括电压信号幅值R和相位θ，对应极坐标中的一个点(R，θ)，根据测量时间顺序，将在不同磁场下的各个相位和幅值对应的点相连，得到原始未经处理的极坐标系下的磁电回线；所述用直角坐标做图的具体方法是：在直角坐标系下，每一对数据，包括幅值和磁场，对应直角坐标系中的一个点，根据测量时间顺序将所有的点相连，得到原始未经处理的直角坐标系下的磁电回线。
本发明采用动态法测量磁电材料磁电效应随直流磁场的变化关系时，原始信号为在一系列直流磁场下测得的包含幅值和相位的交变磁电信号。本发明的技术方案是将包含幅值和相位的交变磁电信号在复平面中作图，然后在复平面中减去引线的法拉第感应所产生的干扰信号，得到纯净的磁电信号，最后选择磁电信号图像的横对称中心线作为临界翻转相位，对磁电信号进行正负翻转，得到轮廓平滑的磁电回线。
与现有的磁电材料磁电回线的作图方法相比，本发明具有以下突出优点：
1)在复平面下，更容易观察到引线的法拉第感应产生的干扰信号叠加到磁电信号之后的效果，便于判断并获得干扰矢量。
2)在复平面下，更容易观察磁电信号的对称性，便于获得翻转相位。
3)采用复平面下的分析和矫正，扣除了干扰信号的影响，得到了纯净的交变磁电信号。
4)对较微弱的磁电信号，也可以得到轮廓平滑的磁电回线。
附图说明
图1为未经处理的极坐标系下的磁电回线。
图2为未经处理的直角坐标系下的磁电回线。在图2中，横坐标为磁场(T)，纵坐标为电压(V)。
图3为去除法拉第感应干扰矢量后的极坐标系下的磁电回线。
图4为去除法拉第感应干扰矢量后的直角坐标系下的磁电回线。在图4中，横坐标为磁场(T)，纵坐标为电压(V)。
图5为参考文献[3]简单处理后的数据图线与本发明处理后的数据图线对比。在图5中，横坐标为磁场(T)，纵坐标为电压(V)；曲线1为参考文献[3]简单处理后的数据图线，曲线2为本发明处理后的数据图线。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明的具体方法如下：
1)将保存在文本文件中需要处理的包含时间、磁场、幅值和相位数据的磁电回线数据在极坐标、直角坐标系下作图。在极坐标下，每一个磁场下的一对数据(电压信号幅值R和相位θ)对应极坐标中的一个点(R，θ)，根据测量时间顺序，将在不同磁场下的各个相位和幅值对应的点相连，就得到了原始未经处理的极坐标系下的磁电回线(如图1)。在直角坐标系下，每一对数据(幅值和磁场)对应直角坐标系中的一个点，根据测量时间顺序将所有的点相连，就得到原始未经处理的直角坐标系下的磁电回线(如图2)。在极坐标下，曲线的中心不在极坐标原点，在直角坐标系下，曲线左右不对称。
2)判断并去除磁电回线的法拉第电磁感应干扰矢量。在复平面坐标(即极坐标)下，观察到干扰矢量(即滞回曲线中心偏离原点的矢量)。找到磁电滞回曲线的中心，然后将该中心移到复平面中心(相当于原点平移)即完成去干扰工作，得到去除法拉第感应干扰信号的磁电回线。在极坐标，得到的磁电回线的中心在极坐标的原点位置(如图3)；在直角坐标系下，得到的磁电回线是左右对称的(如图4)。
3)根据相位对磁电回线进行翻转。根据本申请人在中国专利CN101788653A公开的一种连续施加扫描磁场的磁电回线测试方法及其装置中提出的处理方法进行简单处理后所得到的磁电回线(图5，曲线1)可看出其轮廓是不平滑的，特别是放大部分回线有一明显的曲折。在复平面磁电8字回线竖对称轴的法线方向上取一点，以该点所在角度θ(θ＞0)作为翻转相位把复平面分为两个部分[θ-180°，θ]和[θ，θ+180°]。设置相位位于[θ-180°，θ]范围内的磁电信号为正，设置相位位于[θ，θ+180°]范围内的磁电信号为负，以设置正负的磁电信号为纵坐标，直流磁场为横坐标，就得到轮廓平滑的磁电回线(图5，曲线2)。比较曲线1、2可以得知，经过本方法得到的磁电回线轮廓平滑，且放大部分回线曲折的明显错误也得到很好解决。
Claims (3)
1.一种磁电材料磁电回线的作图方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将保存在文本文件中的一系列在直流磁场下测得的包括幅值和相位的交变磁电信号用极坐标和直角坐标方式作图，极坐标平面也可称为信号复平面；所述用极坐标做图的具体方法是：在极坐标下，每一个磁场下的一对数据，包括电压信号幅值R和相位θ，对应极坐标中的一个点（R，θ），根据测量时间顺序，将在不同磁场下的各个相位和幅值对应的点相连，得到原始未经处理的极坐标系下的磁电回线；
2）判断引线的法拉第感应产生的干扰矢量并对每一个直流磁场下测得的磁电信号都进行扣除，得到矫正后的磁电信号；
3）将扣除干扰矢量之后的磁电信号重新在复平面上作图，在磁电8字回线的竖对称轴上任取一点设置翻转相位的大小，根据翻转相位，设置位于翻转相位以上的磁电信号为正，设置翻转相位以下的磁电信号为负，以设置正负的磁电信号为纵坐标，直流磁场为横坐标，作图得到磁电回线。
2.如权利要求1所述的一种磁电材料磁电回线的作图方法，其特征在于在步骤1）中，所述交变磁电信号包括时间、磁场、幅值和相位数据的磁电回线数据。
3.如权利要求1所述的一种磁电材料磁电回线的作图方法，其特征在于在步骤1）中，所述直角坐标方式作图的具体方法是：在直角坐标系下，每一对数据，包括幅值和磁场，对应直角坐标系中的一个点，根据测量时间顺序将所有的点相连，得到原始未经处理的直角坐标系下的磁电回线。
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