CN110488209B - 一种永磁体失磁率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型永磁体失磁率测量装置，涉及电磁脉冲防护领域，包括支撑架部分、水平度调节模块、量程调节模块、测量模块，其中，支撑架部分用于永磁体和传感器的固定，包括：支撑架，传感器固定螺栓,传感器支撑,销轴,支撑梁,紧固螺栓(7)，下支撑架,永磁体固定块，下衔铁块；水平度调节模块用于保证永磁体的水平度，包括：水平仪玻璃泡,平面仪,平衡调节螺栓；量程调节模块用于测量量程的调节，来提高测量结果的精确度，包括：支撑梁滑块,高度调节块；测量模块用于将失磁率结果可视化，包括压力传感器，与单片机相连接。本发明的一种新型永磁体失磁率测量装置可以实现对外部环境作用后产生的失磁率进行测量，同时结构简单、成本较低、便于维护。

Description

一种永磁体失磁率测量装置

技术领域

本发明涉及电磁兼容领域的一种防核电磁脉冲的转速测量方法。

背景技术

随着电子控制技术的不断进步和发展，永磁体的广泛应用不仅可以提高控制系统的性能，还可以降低整个控制系统的能量消耗，对于国防工业具有至关重要的作用。同时永磁体的应用也存在一定的不足，当永磁体受到强电磁脉冲、高频振动和高温作用时，会产生不同程度的失磁率，失磁率的大小对控制系统的整体可靠性和安全性具有至关重要的影响，因此对于永磁体受外部影响产生失磁率的测量至关重要，常用的测量方法主要是高斯计、核磁共振磁强计等方法，这些方法结构复杂，成本较高。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提出一种的永磁体失磁率的测量装置，简化结构、降低成本、方便维护。

技术方案：一种永磁体失磁率测量装置，包括支撑架部分、水平度调节模块、量程调节模块、测量模块；

所述支撑架部分用于永磁体和传感器的固定，包括：支撑架、传感器固定螺栓、传感器支撑、销轴、支撑梁、紧固螺栓、下支撑架、永磁体固定块、下衔铁块和底座，其中所述支撑梁上设置有长度标注，以读出力臂长度；

所述水平调节模块用于保证永磁体的水平度，包括：水平仪玻璃泡、平面仪、平衡调节螺栓；

所述量程调节模块用于测量量程的调节，来提高测量结果的精确度，包括：支撑梁滑块、高度调节块；

所述测量模块用于将失磁率结果可视化，包括压力传感器、单片机、调理电路、单片机带有数码管，可显示数据；

所述支撑架设置在底座上，并垂直于底座，所述传感器支撑包括两个相互垂直的平面，传感器固定螺栓将传感器支撑的一个平面与支撑架连接，传感器支撑的另一个平面设置有压力传感器，压力传感器与支撑梁接触，压力传感器与单片机相连接，所述销轴连接支撑架的上端与支撑梁的左端，支撑梁的另一端设置有水平仪玻璃泡，支撑梁滑块套在支撑梁上，通过紧固螺栓与支撑梁连接，支撑梁滑块的下端与高度调节块连接，高度调节块的下端与下支撑架连接，下支撑架下端通过平衡调节螺栓连接永磁体固定块，平面仪放置在永磁体固定块上，下衔铁块放置在永磁体固定块的正下方，并固定在底座上，下衔铁块与永磁体固定块有间隙，测量模块压力传感器连接到单片机上，通过调理电路和显示器将数据可视化，通过公式得出失磁率数值。

进一步地，将支撑梁与支撑架的铰接点作为固定铰点，支撑架、压力传感器、支撑梁和支撑架滑块共同组成杠杆系统，并且支撑架滑块的力臂大小可以调节，永磁体与衔铁的吸引力能够通过杠杆系统放大一定倍数，提高了压力传感器对于永磁体与衔铁之间力的测量精度，提高了失磁率的测量精度；

进一步地，高度调节块具有内螺纹，与支撑架滑块上的杆件通过螺纹连接，旋转高度调节块可调节永磁体固定块与下衔铁块之间的间隙，提高的测量精度。

进一步地，通过平衡调节螺栓和平面仪调整永磁体固定块与下衔铁块之间的平面度，保证永磁体端面受力均匀。

一种永磁体失磁率测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1)，调节并保证支撑梁的水平度，具体为：压力传感器固定在传感器支撑架上；通过调节传感器固定螺栓，调节传感器支撑架的高度；通过观察水平仪玻璃泡，调节支撑梁的水平度；

步骤2)，固定支撑梁滑块，具体步骤为：

步骤2.1)，拧松紧固螺栓，移动支撑梁滑块到合适位置，即保证压力传感器读数在有效量程以内；

步骤2.2)，拧紧紧固螺栓，固定支撑梁滑块，支撑梁上读数得到力臂L₂，即销轴到支撑梁滑块中心点的横向距离。

步骤3)，记录此时压力传感器读数，之后的测量读数需要减去该读数，通过编程实现“调零”；

步骤4)，放置原永磁体于永磁体固定块上；

步骤5)，调节永磁体水平度与永磁体和铁块之间的间隙L_g，具体步骤为：

步骤5.1)，下支撑架的通过平衡调节螺栓连接永磁体固定块，永磁体固定块(14)上设置有平面仪，通过拧动平衡调节螺栓，调节永磁体端面和铁块之间的平面度；

步骤5.2)，通过拧动高度调节块上的螺母，调节永磁体端面和铁块之间的间隙。

步骤6)，按动与压力传感器连接的单片机上的按键，记录第一个数值P₁，即当前压力传感器的数值减去步骤3)中“调零”值的压力传感器的数值；

步骤7)，放置被测的受外部环境影响可能失磁的永磁体于永磁体固定块上；

步骤8)，重复步骤2)，得到销轴到支撑梁滑块中心点的横向距离力臂L₂’；

步骤9)，按动与压力传感器连接的单片机上的按键，记录第二个数值P₂，即当前压力传感器数值减去步骤3)中“调零”值的压力传感器的数值，得到永磁体与衔铁之间的吸引力是此前F₁与失磁后F₂的关系为，

步骤10)，将下述公式代入到公式(1)中，根据即可得到H₁’与H₂’的关系，

再根据失磁率计算公式失磁率计算公式可表示为

得到失磁率的数值。

有益效果：

1.本发明的目的是在研究永磁体的失磁问题时，实现对永磁体不同外界条件作用时的失磁率的方便测量，同时结构简单、成本较低、便于维护，为永磁体失磁率的研究提供了良好的基础。

2.采用杠杆机构实现对不同强度永磁体的测量，同时提高了测量的精度。采用高度调节块和四点悬挂平衡结构，可以方便的调节永磁体和下衔铁面之间的间隙，保证了永磁体与衔铁面之间力的均匀分布，保证了测量结果的有效性。

附图说明

图1为永磁体失磁率的测量装置安装结构图；

图2为失磁率的测量装置支撑架主视图和侧视图；

图3(a)为传感器支撑架结构主视图，图3(b)为传感器支撑架结构侧视图；

图4为支撑梁与支撑梁滑块的安装结构图；

图5(a)为四点悬挂平衡主视图，图5(b)为四点悬挂平衡三维图；

图6为高度调节块结构图；

图7为传感器结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

本发明为解决背景技术中的问题采用以下技术方案：

如图1所示的一种永磁体失磁率测量装置，包括支撑架部分、水平度调节模块、量程调节模块、测量模块；

支撑架部分用于永磁体和传感器的固定，包括：支撑架1、传感器固定螺栓2、传感器支撑3、销轴5、支撑梁6、紧固螺栓7、下支撑架11、永磁体固定块14、下衔铁块15和底座，其中支撑梁6上设置有长度标注，以读出力臂长度；

水平调节模块用于保证永磁体的水平度，包括：水平仪玻璃泡8、平面仪13、平衡调节螺栓12；

量程调节模块用于测量量程的调节，来提高测量结果的精确度，包括：支撑梁滑块9、高度调节块10；

测量模块用于将失磁率结果可视化，包括压力传感器4、单片机、调理电路、单片机带有数码管，可显示数据；

如图2(a)和图2(b)所示，支撑架1设置在底座上，并垂直于底座，传感器支撑3包括两个相互垂直的平面，如图3(a)和图3(b)所示，传感器固定螺栓2将传感器支撑3的一个平面与支撑架1连接，传感器支撑3的另一个平面设置有压力传感器，压力传感器与支撑梁6接触，压力传感器4与单片机相连接，销轴5连接支撑架1的上端与支撑梁6的左端，支撑梁6的另一端设置有水平仪玻璃泡8，支撑梁滑块9套在支撑梁6上，通过紧固螺栓7与支撑梁6连接，支撑梁滑块9的下端与高度调节块10连接，高度调节块10的下端与下支撑架11连接，下支撑架11下端通过平衡调节螺栓12 连接永磁体固定块14，平面仪13放置在永磁体固定块14上，下衔铁块15放置在永磁体固定块的正下方，并固定在底座上，下衔铁块15与永磁体固定块14有间隙，测量模块压力传感器连接到单片机上，通过调理电路和显示器将数据可视化，通过公式得出失磁率数值。

将支撑梁6与支撑架1的铰接点作为固定铰点，支撑架1、压力传感器4、支撑梁6 和支撑架滑块9共同组成杠杆系统，并且支撑架滑块9的力臂大小可以调节，永磁体与衔铁的吸引力能够通过杠杆系统放大一定倍数，提高了压力传感器对于永磁体与衔铁之间力的测量精度，提高了失磁率的测量精度；高度调节块10具有内螺纹，与支撑架滑块9上的杆件通过螺纹连接，旋转高度调节块10可调节永磁体固定块14与下衔铁块15 之间的间隙，永磁体与衔铁间隙较小时，作用力较大，且对于磁场强度测量计算更加准确，提高的测量精度。通过平衡调节螺栓12和平面仪13调整永磁体固定块14与下衔铁块15之间的平面度，保证永磁体端面受力均匀。

支撑梁6上安装有水平仪玻璃泡8，通过调节压力传感器4的高度，可以保证支撑梁6水平度，从而保证杠杆原理的力臂长度为销轴5到压力传感器4的距离以及销轴5 到支撑架滑块9中心点的距离，从而保证了测量的精度。

一种永磁体失磁率测量装置的测量方法，包含以下步骤：

步骤1)，调节并保证支撑梁的水平度，具体步骤为：

压力传感器上有螺纹固定在图3的传感器支撑架上，通过调节传感器支架结构的螺母，可以调节传感器支架的高度，通过观察水平仪玻璃泡8，可以调节支撑梁水平度；

步骤2)，固定支撑梁滑块，如图4所示，具体步骤为：

步骤2.1)，拧松紧固螺栓7，移动支撑梁滑块9到合适位置，即保证压力传感器读数在有效量程以内；

步骤2.2)，拧紧紧固螺栓7，固定支撑梁滑块9，支撑梁6上读数得到力臂L₂，即销轴5到支撑梁滑块9中心点的横向距离。

步骤3)，记录此时压力传感器读数，之后的测量读数需要减去该读数，通过编程实现“调零”；

步骤4)，放置原永磁体于永磁体固定块14上；

步骤5)，调节永磁体水平度与永磁体和铁块之间的间隙L_g，具体步骤为：

步骤5.1)，如图5(a)和图5(b)所示，下支撑架、平衡调节螺栓、平面仪、永磁体固定块四者组成四点悬挂平衡结构，下支撑架的通过平衡调节螺栓连接永磁体固定块，永磁体固定块上设置有平面仪，通过拧动该结构上的螺母，调节永磁体端面和铁块之间的平面度；

步骤5.2)，如图6所示，为高度调节块结构，通过拧动该结构上的螺母，调节永磁体端面和铁块之间的间隙。

步骤6)，如图7所示，为压力传感器结构，按动与压力传感器连接的单片机上的按键，记录第一个数值P₁，即当前压力传感器的数值减去步骤3)中“调零”值的压力传感器的数值；

步骤7)，放置受外部环境影响可能产生失磁情况的永磁体于永磁体固定块14上；

步骤8)，按动与压力传感器连接的单片机上的按键，记录第二个数值P₂，即当前压力传感器数值减去步骤3)中“调零”值的压力传感器的数值，得到永磁体与衔铁之间的吸引力是此前F₁与失磁后F₂的关系为，

步骤10)，将下述公式代入到公式(1)中，根据即可得到H₁’与H₂’的关系，

再根据失磁率计算公式失磁率计算公式可表示为

得到失磁率的数值。

步骤10)具体为，根据杠杆原理，可将永磁体与铁块之间的吸引力放大，并通过压力传感器显示出具体数值，失磁前：F₁·L₂＝P₁·L₁；失磁后：F₂·L₂′＝P₂·L₁′；

失磁前：吸引力F₁，压力传感器处压力P₁，压力传感器4接触点到轴销5处的横向距离为力臂L₁，销轴5到支撑梁滑块9中心点的横向距离为力臂L₂；失磁后：吸引力F₂压力传感器处压力P₂，压力传感器4接触点到轴销5处的横向距离为力臂L₁’，销轴5到支撑梁滑块9中心点的横向距离为力臂L₂’,本装置L₁＝L₁’；后通过公式得出，H₂'与H₁'之间的关系，失磁前剩余磁场强度为H₁’，失磁后剩余磁场强度为H₂’，则失磁率计算公式可表示为

所得公式将通过编程存入单片机中实现对数据进行处理。

对于已知的永磁体失磁率的测量装置利用永磁体和铁磁性材料之间的吸引力计算公式如下：

其中，B_g：气隙磁密，H_g：磁场强度，A_g：气隙面积；即磁体与铁块间的磁力与气隙磁密，磁场强度及气隙面积成正比。

其中，对于磁路，有：

即气隙条件(A_g、L_g)和磁体性能(B₁、H₁、μ_rec、A_m、L_m)确定后，气隙磁密即确定。

其中，B₁：剩余磁感应强度，μ_rec：回复导磁率，H₁：剩余磁场强度，A_g：气隙面积， A_m:永磁体面积，μ₀：真空导磁率，K_γ：磁阻系数(又称磁势损失系数，计算公式为：

)，L_g：气隙长，L_m:永磁体高度。

将(2)带入公式(1)，得到永磁体和铁磁性材料之间的吸引力与剩余磁场强度计算公式：

在测量时，H₁'，H₂'替换H₁。

所述测量原理利用杠杆原理对永磁体和铁块之间的作用力进行放大显示，实现对一定间隙下永磁体对同种铁磁性材料的吸引力大小的测量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种永磁体失磁率测量装置，其特征在于，包括支撑架部分、水平度调节模块、量程调节模块、测量模块；

所述支撑架部分用于永磁体和传感器的固定，包括：支撑架(1)、传感器固定螺栓(2)、传感器支撑(3)、销轴(5)、支撑梁(6)、紧固螺栓(7)、下支撑架(11)、永磁体固定块(14)、下衔铁块(15)和底座，其中所述支撑梁(6)上设置有长度标注，以读出力臂长度；

所述水平调节模块用于保证永磁体的水平度，包括：水平仪玻璃泡(8)、平面仪(13)、平衡调节螺栓(12)；

所述量程调节模块用于测量量程的调节，来提高测量结果的精确度，包括：支撑梁滑块(9)、高度调节块(10)；

所述测量模块用于将失磁率结果可视化，包括压力传感器(4)、单片机、调理电路、单片机带有数码管，可显示数据；

所述支撑架(1)设置在底座上，并垂直于底座，所述传感器支撑(3)包括两个相互垂直的平面，传感器固定螺栓(2)将传感器支撑(3)的一个平面与支撑架(1)连接，传感器支撑(3)的另一个平面设置有压力传感器，压力传感器与支撑梁(6)接触，压力传感器(4)与单片机相连接，所述销轴(5)连接支撑架(1)的上端与支撑梁(6)的左端，支撑梁(6)的另一端设置有水平仪玻璃泡(8)，支撑梁滑块(9)套在支撑梁(6)上，通过紧固螺栓(7)与支撑梁(6)连接，支撑梁滑块(9)的下端与高度调节块(10)连接，高度调节块(10)的下端与下支撑架(11)连接，下支撑架(11)下端通过平衡调节螺栓(12)连接永磁体固定块(14)，平面仪(13)放置在永磁体固定块(14)上，下衔铁块(15)放置在永磁体固定块的正下方，并固定在底座上，下衔铁块(15)与永磁体固定块(14)有间隙，测量模块压力传感器连接到单片机上，通过调理电路和显示器将数据可视化，通过公式得出失磁率数值。

2.根据权利要求1所述的一种永磁体失磁率测量装置，其特征在于，将支撑梁(6)与支撑架(1)的铰接点作为固定铰点，支撑架(1)、压力传感器(4)、支撑梁(6)和支撑架滑块(9)共同组成杠杆系统，并且支撑架滑块(9)的力臂大小可以调节，永磁体与衔铁的吸引力能够通过杠杆系统放大一定倍数，提高了压力传感器对于永磁体与衔铁之间力的测量精度，提高了失磁率的测量精度。

3.根据权利要求2所述的一种永磁体失磁率测量装置，其特征在于，高度调节块(10)具有内螺纹，与支撑架滑块(9)上的杆件通过螺纹连接，旋转高度调节块(10)可调节永磁体固定块(14)与下衔铁块(15)之间的间隙，提高的测量精度。

4.根据权利要求3所述的一种永磁体失磁率测量装置，其特征在于，通过平衡调节螺栓(12)和平面仪(13)调整永磁体固定块(14)与下衔铁块(15)之间的平面度，保证永磁体端面受力均匀。

5.一种永磁体失磁率测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)，调节并保证支撑梁的水平度，具体为：压力传感器(4)固定在传感器支撑架(3)上；通过调节传感器固定螺栓(2)，调节传感器支撑架(3)的高度；通过观察水平仪玻璃泡(8)，调节支撑梁(6)的水平度；

步骤2)，固定支撑梁滑块，具体步骤为：

步骤2.1)，拧松紧固螺栓(7)，移动支撑梁滑块(9)到合适位置，即保证压力传感器读数在有效量程以内；

步骤2.2)，拧紧紧固螺栓(7)，固定支撑梁滑块(9)，支撑梁(6)上读数得到力臂L₂，即销轴(5)到支撑梁滑块(9)中心点的横向距离；

步骤3)，记录此时压力传感器读数，之后的测量读数需要减去该读数，通过编程实现“调零”；

步骤4)，放置原永磁体于永磁体固定块(14)上；

步骤5)，调节永磁体水平度与永磁体和铁块之间的间隙L_g，具体步骤为：

步骤5.1)，下支撑架(11)的通过平衡调节螺栓(12)连接永磁体固定块(14)，永磁体固定块(14)上设置有平面仪(13)，通过拧动平衡调节螺栓(12)，调节永磁体端面和铁块之间的平面度；

步骤5.2)，如图7所示，通过拧动高度调节块(10)上的螺母，调节永磁体端面和铁块之间的间隙；

步骤6)，按动与压力传感器(4)连接的单片机上的按键，记录第一个数值P₁，即当前压力传感器的数值减去步骤3)中“调零”值的压力传感器的数值；

步骤7)，放置被测的受外部环境影响可能失磁的永磁体于永磁体固定块(14)上；

步骤8)，重复步骤2)，得到销轴(5)到支撑梁滑块(9)中心点的横向距离力臂L₂’；

步骤9)，按动与压力传感器连接的单片机上的按键，记录第二个数值P₂，即当前压力传感器数值减去步骤3)中“调零”值的压力传感器的数值，得到永磁体与衔铁之间的吸引力是此前F₁与失磁后F₂的关系为，

步骤10)，计算下述公式并代入到公式(1)中，根据即可得到H₁'与H₂'的关系，

其中，B₁为剩余磁感应强度，μ_rec为回复导磁率，H₁为剩余磁场强度，A_g为气隙面积，A_m为永磁体面积，μ₀为真空导磁率，K_γ为磁阻系数，L_g为气隙长，L_m为永磁体高度；

再根据失磁率计算公式失磁率计算公式可表示为

得到失磁率的数值，H₁’为失磁前剩余磁场强度，H₂’为失磁后剩余磁场强度。

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