CN114545307A - 多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统 - Google Patents
多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114545307A CN114545307A CN202210173036.4A CN202210173036A CN114545307A CN 114545307 A CN114545307 A CN 114545307A CN 202210173036 A CN202210173036 A CN 202210173036A CN 114545307 A CN114545307 A CN 114545307A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic
- shielding
- permeability
- layer
- shielding layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 65
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 44
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 162
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 claims description 62
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 25
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 21
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 21
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 14
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000002585 base Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 2
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000004832 voltammetry Methods 0.000 description 2
- 229910001289 Manganese-zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- JIYIUPFAJUGHNL-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Mn++].[Mn++].[Mn++].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Zn++].[Zn++] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Mn++].[Mn++].[Mn++].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Zn++].[Zn++] JIYIUPFAJUGHNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002707 nanocrystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1223—Measuring permeability, i.e. permeameters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1215—Measuring magnetisation; Particular magnetometers therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/14—Measuring or plotting hysteresis curves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
本发明涉及多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统，包括线圈组、温控装置、磁屏蔽装置和磁特性测试装置，温控装置包括无磁加热单元和保温箱，保温箱设置在磁屏蔽装置内，用于放置缠绕有线圈组的被测样件；无磁加热单元用于对保温箱内的被测样件进行加热；磁屏蔽装置，用于为磁屏蔽装置内的保温箱内以及被测样件的提供弱磁环境；磁特性测试装置与线圈组相连，用于对所述线圈组提供励磁电流以及检测所述被测样件的感应电压，从而对被测样件交流磁特性进行测量。本发明的技术方案能够测量磁材料在多物理场环境耦合下的磁特性，提高了磁屏蔽装置设计阶段的准确性并对磁屏蔽装置的建设和应用进行指导。
Description
技术领域
本发明涉及磁性材料磁导率测量技术领域，具体涉及多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统。
背景技术
随着科技水平的发展，量子精密测量成为传感器研究的重点领域，极弱磁环境是SERF等量子状态实现的必须条件，也是心脑磁等测试装置正常工作的必要条件。目前普遍使用高导磁材料制成磁屏蔽装置以屏蔽外界静态及低频交流干扰磁场，一般采用多层坡莫合金、锰锌铁氧体等材料制成屏蔽房或屏蔽筒对地磁环境进行屏蔽。
高导磁材料通过通量分流作用屏蔽外界磁场，因此屏蔽层的厚度越厚屏蔽效果越好，但根据磁屏蔽理论计算公式可知，将磁屏蔽装置设计成多层结构，每层之间留有一定距离的空隙，多层磁屏蔽装每层的累计厚度与单层磁屏蔽装置单层厚度相同的情况下，多层结构的屏蔽能效远高于单层结构。因此磁屏蔽装置多设计成每层厚度1至3mm左右的多层结构。
对于多层磁屏蔽结构，每层所处的磁场环境不同。外层屏蔽层处于地磁环境，内部屏蔽层越靠近最内层，所处磁场环境越小。同时，环境磁场并不是完全静态，多为低频(0.1-300Hz)。
在磁屏蔽装置的内部通常会进行量子精密测量实验，例如原子钟、SERF陀螺仪以及磁强计等实验，这些实验需要对碱金属进行加热才能达到理想的实验效果。在磁屏蔽装置内部加热时，会对屏蔽装置的屏蔽效果造成影响。
同时，磁屏蔽装置的运输和搭建过程中会受到不同应力的影响。对于大型磁屏蔽房，通常采用拼接结构。拼接处的磁屏蔽材料会受到拉力和压力的影响，内部设备也会给底层带来不同程度的压应力。
目前，磁材料生产厂家和磁特性测试装置均只能提供常规环境下的材料磁特性测试结果。
综上可知，多层结构的磁屏蔽房的内部屏蔽材料会同时处于弱磁，低频，不同温度及不同应力的环境下，目前并没有相关测试装置能测试多物理场环境下的磁材料的磁特性。
发明内容
本申请提供的多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统，以至少解决相关技术中无法对多物理场环境下的磁材料的磁特性进行测量的问题。
本申请第一方面实施例提出多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统，所述系统包括：线圈组、温控装置、磁屏蔽装置和磁特性测试装置；
所述线圈组缠绕在被测样件上；
所述温控装置包括无磁加热单元和保温箱，所述保温箱设置在磁屏蔽装置内，用于放置缠绕有线圈组的被测样件；所述无磁加热单元与保温箱连接，用于对保温箱内的被测样件进行加热；
所述磁屏蔽装置，用于为磁屏蔽装置内的保温箱内以及被测样件的提供弱磁环境、屏蔽外界干扰磁场；
所述磁特性测试装置与线圈组相连，用于对所述线圈组提供励磁电流以及检测所述被测样件的感应电压，从而对被测样件交流磁特性进行测量。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本发明提供了多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统，包括线圈组、温控装置、磁屏蔽装置和磁特性测试装置；所述线圈组缠绕在被测样件上；所述温控装置包括无磁加热单元和保温箱，所述保温箱设置在磁屏蔽装置内，用于放置缠绕有线圈组的被测样件；所述无磁加热单元与保温箱连接，用于对保温箱内的被测样件进行加热；所述磁屏蔽装置，用于为磁屏蔽装置内的保温箱内以及被测样件的提供弱磁环境、屏蔽外界干扰磁场；所述磁特性测试装置与线圈组相连，用于对所述线圈组提供励磁电流以及检测所述被测样件的感应电压，从而对被测样件交流磁特性进行测量。本发明的技术方案能够测量磁材料在多物理场环境耦合下的磁特性，提高了磁屏蔽装置设计阶段的准确性并对磁屏蔽装置的建设和应用进行指导。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请一个实施例提供的多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统的结构示意图；
图2是根据本申请一个实施例提供的多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统的流程图。
附图标记说明：
磁屏蔽装置-1；保温箱-2；第一支架-3；第一限位块-4；第二限位块-5；第二支架-6；第四层无磁平台-7；第四垫板-8；第三层无磁平台-9；第三垫板-10；第二层无磁平台-11；第二垫板-12；第一无磁平台-13；第一垫板-14；第一层坡莫合金屏蔽层-101；第二层坡莫合金屏蔽层-102；第三层坡莫合金屏蔽层-103；第四层坡莫合金屏蔽层-104；插头-301；交流调压器-302；固态继电器-303；温度控制器-304；磁特性测试装置-305；无磁加热膜-306；被测样件-307；第一温度传感器-308。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请提多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统，包括线圈组、温控装置、磁屏蔽装置和磁特性测试装置；所述线圈组缠绕在被测样件上；所述温控装置包括无磁加热单元和保温箱，所述保温箱设置在磁屏蔽装置内，用于放置缠绕有线圈组的被测样件；所述无磁加热单元与保温箱连接，用于对保温箱内的被测样件进行加热；所述磁屏蔽装置，用于为磁屏蔽装置内的保温箱内以及被测样件的提供弱磁环境、屏蔽外界干扰磁场；所述磁特性测试装置与线圈组相连，用于对所述线圈组提供励磁电流以及检测所述被测样件的感应电压，从而对被测样件交流磁特性进行测量。本发明的技术方案能够测量磁材料在多物理场环境耦合下的磁特性，提高了磁屏蔽装置设计阶段的准确性并对磁屏蔽装置的建设和应用进行指导。
实施例1
图1为根据本公开提供的一个实施例提供的多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：线圈组、温控装置、磁屏蔽装置1和磁特性测试装置305；
所述线圈组缠绕在被测样件307上，所述线圈组包括励磁绕组线圈和感应绕组线圈，线圈组缠绕在被测样件上后通过测试线与磁特性测试装置305相连。
在本公开实施例当中，所述线圈组包括：励磁绕组线圈和感应绕组线圈，励磁绕组线圈和感应绕组线圈尽可能均匀紧密地绕在被测样件307的整个周长上，以减小绕组下空气间隙的影响；励磁绕组线圈缠绕在被测样件307上，与测特性测量装置305连接后用于产生足够的激励磁场。
需要注意的是，线圈组采用漆包线，绕线和测试过程中注意检查漆包线的绝缘层，防止涂层脱落导致被测样件307与线圈直接连通，造成短路。
所述温控装置包括无磁加热单元和保温箱2，所述温控装置采用模糊PID算法控制控制精度±0.1℃，对保温箱2内的温度进行加热。
其中，所述保温箱2上设置有通孔，所述通孔供温控装置以及磁特性测试装置305对应的测试线通过。
所述保温箱2用于放置缠绕有线圈组的被测样件307，保温箱2通过第一支架3设置在磁屏蔽装置1内的中心位置，以获得最大的均匀区范围；
需要注意的是，所述均匀区指的是所述磁屏蔽装置最内层内部满足一定数值磁场要求的区域且满足磁场要求的数值根据实际情况而定，用于实验研究。
示例的，假如本实施例的所述磁屏蔽装置的最内层是400*400*400的立方体的话，所需均匀区约为一个200*200*200的区域，以上仅为一个示例，在本发明的其他实施例当中不对磁屏蔽装置的体积进行限制，当磁屏蔽装置的最内层是400*400*400的立方体的话，所需均匀区也不限于200*200*200的区域，所需均匀区体积根据实际情况得到。
所述无磁加热单元用于对保温箱2内的被测样件进行加热，无磁加热单元包括：交流调压器302、固态继电器303、温度控制器304、第一温度传感器308以及多个无磁加热膜306。
所述多个无磁加热膜306设置在保温箱2内壁上，用于对保温箱2以及保温箱2内部的被测样件307进行加热，使被测样件307均匀受热；本实施例中无磁加热膜306粘贴在保温箱2内壁上，在本发明的其他实施例当中不对无磁加热膜306设置保温箱2内壁上的方式进行限制。
本实施例中无磁加热膜306设置有四个，每个无磁加热膜306包括基底、铜电阻丝和焊盘，本实施例中基底选用聚酰亚胺基底，聚酰亚胺基底上铺设有多个铜电阻丝且多个铜电阻丝为平行临近对称设置，能够抵消电流产生的磁场。所述聚酰亚胺基底一侧固定设置有与铜电阻丝连接的焊盘，所述交流调压器对应的电线和固态继电器对应的电线均焊接在焊盘上，即在焊盘的作用下将铜电阻丝与交流调压器和固态继电器电性连接，也即将无磁加热膜306与交流调压器302和固态继电器303电性连接。在本发明的其他实施例当中，不对无磁加热膜306的数量进行限制，也不对基底3061的材质进行限制。
所述交流调压器302和温度控制器304均通过插头301与电源相连，每个无磁加热膜306均通过对应的电线与交流调压器302连接，通过交流调压器302为无磁加热膜306提供适合的电压，从而使得无磁加热膜306开始加热工作。
所述第一温度传感器308设置在保温箱2内并通过对应的电线与温度控制器304电性连接，用于测量保温箱2内的温度并将测得的温度信号传输至温度控制器304；本实施例中第一温度传感器308为铂电阻温度传感器且铂电阻温度传感器位于被测样件307中间的位置，在本发明的其他实施例中第一温度传感器308包括但不限于铂电阻温度传感器，并且也不对第一温度传感器308在保温箱2中的具体位置进行限制。
所述温度控制器304，用于接收第一温度传感器308检测到保温箱内2的温度信号并对接收的信号分析后将对应的控制信号发送至固态继电器303；
所述固态继电器303分别通过对应的电线与交流调压器302、温度控制器304和无磁加热膜306电性连接，交流调压器302用于接收第一温度传感器308的控制信号并根据接收的控制信号控制电源的通断状态，从而对保温箱2内的温度控制。
本公开实施例中，所述的系统还包括第二传感器(在图1中未显示)，在被测样件307上缠绕线圈组之前将第二传感器设置在被测样件307的表面，所述第二传感器也通过对应的电线与温控装置连接，用于检验被测样件307的温度。
所述磁屏蔽装置1，用于为磁屏蔽装置1内的保温箱2以及保温箱2内的被测样件307的提供弱磁环境、屏蔽外界干扰磁场。
在本公开实施例中，所述磁屏蔽装置1包括高导电磁屏蔽层、高导磁率磁屏蔽层组、屏蔽层间限位装置、无磁平台组和垫板组，所述高导电磁屏蔽层、高导磁率磁屏蔽层组、屏蔽层间限位装置、无磁平台组和垫板组均为无磁件。
所述高导磁率磁屏蔽层组包括由内至外依次套设的多个高导磁率磁屏蔽层，高导磁率磁屏蔽层用于通过通量分流作用对静磁场或极低频磁场进行屏蔽；
本实施例中高导磁率磁屏蔽层为坡莫合金屏蔽层，需要注意的是，图1示出的仅是一个五层屏蔽结构的磁屏蔽装置1的结构示意图，即图1所示的磁屏蔽装置1包括一个高导电磁屏蔽层和四个高导磁率磁屏蔽层。所述高导磁率磁屏蔽层组包括四个坡莫合金屏蔽层，所述四个坡莫合金屏蔽层分别为由内至外依次套设的第一层坡莫合金屏蔽层101、第二层坡莫合金屏蔽层102、第三层坡莫合金屏蔽层103和第四层坡莫合金屏蔽层104，四个坡莫合金屏蔽层用于通量分流作用对静磁场或极低频磁场进行屏蔽。
每个坡莫合金屏蔽层一侧都设置有对应尺寸的坡莫合金屏蔽盖，坡莫合金屏蔽层与坡莫合金屏蔽盖一一对应且坡莫合金屏蔽层与对应的坡莫合金屏蔽盖之间有严格的公差要求，以确保屏蔽盖正常的安装和拆卸。
所述高导电磁屏蔽层套设在所述高导磁率屏蔽组外部且一侧设置有对应的高导电屏蔽层盖，用于通过涡流消除作用对交变电磁场进行屏蔽，频率越大，屏蔽材料越厚，电导率磁导率越大，涡流消除效果越好。
本公开实施例中，所述高导电磁屏蔽层为铝合金屏蔽层105，所述铝合金屏蔽层105一侧设置有对应的铝合金盖。所述铝合金屏蔽层105套设在第四层坡莫合金屏蔽层104外部，即铝合金屏蔽层105为所述磁屏蔽装置1的最外层。所述铝合金屏蔽层105安装在第二支架6上，通过第二支架6对铝合金屏蔽层105进行固定，也即通过第二支架6对所述磁磁屏蔽装置1进行固定。
在本公开实施例中，所述每个坡莫合金屏蔽层对应的坡莫合金屏蔽盖上预留有供实验测试的第一实验孔和多个消磁孔(图1中未显示)，本实施例中每个坡莫合金屏蔽盖上预留有一个位于其中心位置的第一实验孔和四个消磁孔，所述第一实验孔用于供磁通门磁强计、温控装置的电线以及磁特性测试装置305的测试线通过。四个消磁孔分别位于坡莫合金屏蔽层远离其对应的坡莫合金屏蔽盖的一侧的四个角处；四个消磁孔用于布置消磁线圈，所述消磁线圈缠绕在最内层的第一层坡莫合金屏蔽层101以及最外层的第四层坡莫合金屏蔽层104上，用于首次使用前或内部剩磁明显变大时进行消磁。所述消磁线圈是现有技术，在此不多做赘述。在本发明其他实施例当中不对第一实验孔和四个消磁孔的个数以及位置进行限制。
铝合金盖上设置有供实验测试用的第二实验孔，本实施例中所述第二实验孔位于铝合金盖的中心位置并与坡莫合金屏蔽层对应的屏蔽盖上的第一实验孔对应设置，也用于供磁通门磁强计、温控装置的电线以及磁特性测试装置305的测试线通过。
本公开实施例中，所述屏蔽层间限位装置包括设置高导磁率磁屏蔽层之间的多个第一限位块4以及设置在高导电磁屏蔽层与高导磁率磁屏蔽层之间的多个第二限位块5，所述第二限位块5用于保持高导电磁屏蔽层与高导磁率磁屏蔽层之间的间距，所述第一限位块4用于保持高导磁率磁屏蔽层之间的间距。
其中，第一限位块6、第二限位装块7根据层间距依据层间距进行设计，设计过程中确保与消磁线圈不干涉。
所述无磁平台组包括多个无磁平台，用于为对应的坡莫合金屏蔽层提供安装平台。本实施例当中所述无磁平台组包括第一层无磁平台13、第二层无磁平台11、第三层无磁平台9和第四层无磁平台7，无磁平台分别与坡莫合金屏蔽层一一对应，每个坡莫合金屏蔽层底部均设置有一个无磁平台。所述第四层无磁平台7设置在第四坡莫合金屏蔽层104底部，即第四层无磁平台7安装在铝合金屏蔽层105上、第四坡莫合金屏蔽层104安装在第四层无磁平台7上，第四层无磁平台7为第四坡莫合金屏蔽层104提供安装平台；所述第三层无磁平台9设置在第三层坡莫合金屏蔽层103底部，即第三层无磁平台9安装在第四坡莫合金屏蔽层104上，第三层坡莫合金屏蔽层103安装在第三层无磁平台9安装，也即通过第三层无磁平台9为第三层坡莫合金屏蔽层103提供安装平台；第二层无磁平台11为第二层坡莫合金屏蔽层102提供安装平台、第一层无磁平台13为第一层坡莫合金屏蔽层101提供安装平台。
所述垫板组包括多个垫板，垫板分别与坡莫合金屏蔽层一一对应，垫板设置在对应的高导磁率磁屏蔽层上表面，用于对第一支架3与最内层的坡莫合金屏蔽层之间以及无磁平台与坡莫合金屏蔽层之间进行隔离，防止外力直接作用在坡莫合金屏蔽层上。
本实施例中垫板组包括第一垫板14、第二垫板12、第三垫板10和第四垫板8，所述第一垫板14设置在第一层坡莫合金屏蔽层101上表面，用于防止第一支架3直接作用在第一层坡莫合金屏蔽层101上；所述第二垫板12设置在第二层坡莫合金屏蔽层102上表面，用于对第一层无磁平台13与第二层坡莫合金屏蔽层102之间进行隔离；所述第三垫板10设置在第三层坡莫合金屏蔽层103上表面，用于对第二层无磁平台11与第三层坡莫合金屏蔽层103之间进行隔离；所述第四垫板8设置在第四层坡莫合金屏蔽层104上表面，用于对第三层无磁平台9与第四层坡莫合金屏蔽层104之间进行隔离。
其中，针对不同厚度的被测样件307，为了保持其位于磁屏蔽装置1的均匀区内，所述第一垫板14可以进行更换不同厚度的垫板，通过更换第一垫板14来对保温箱2的在所述磁屏蔽装置1内的位置进行调整，从而使保温箱2保持在磁屏蔽装置1的均匀区内。
需要注意的是，本公开的弱磁场是由磁屏蔽装置1提供的，其剩磁环境是磁特性测量系统的重要指标，在所述磁屏蔽装置1搭建之前要通过有限元仿真分析磁屏蔽装置剩磁大小，在磁屏蔽装置1完成后对其内部剩磁进行消磁，即通过磁通门磁强计测试所述磁屏蔽装置1内部剩磁大小，磁屏蔽装置1内部剩磁应小于1nT。
所述磁特性测试装置305与线圈组相连，用于对所述线圈组提供励磁电流以及检测所述被测样件的感应电压，从而对被测样件307交流磁特性进行测量。
在本公开实施例当中，所述磁特性测试装置305包括：信号发生器、功率放大器和功率分析仪等，在本发明的其他实施例当中，所述磁特性测试装置305包括但不限于包括信号发生器、功率放大器、功率分析仪等。
所述功率分析仪通过测试线与感应绕组线圈相连，用于检测被测样件307的感应电压；
所述信号发生器和功率放大器相连通过测试线与励磁绕组线圈相连，用于为励磁绕组线圈施加交变励磁电流，测试时通过调整励增加磁电流，得到不同磁场强度下和磁场强度磁通密度之间的关系，从而磁特性测试装置305对保温箱2内的被测样件307的磁特性进行测量。
将受力后的被测样件307放入保温箱2和磁屏蔽装置1并加热后，被测样件307受到三种不同环境的耦合作用，此时测试被测样件307低频交流磁性能。磁特性测试装置1通过数模转换器控制功率放大器进行电流输出，测试频率范围为0.01Hz-1KHz。
具体的，所述磁特性测试装置305对励磁线圈施加正弦交变电流，通过测试感应绕组线圈的感应电压，计算被测样件在不同激励磁场强度下的磁通密度，得到不同磁场强度下和磁场强度磁通密度之间的关系，采用模拟冲击法测试被测样件307直流磁场下的磁滞回线、磁化曲线和磁导率等参数，采用伏安法和数字积分测量0.01Hz-1KHz下的动态磁滞回线和振幅磁导率等参数。
另外，为了不带来额外电磁干扰，以上所述电线和测试线全部采用双绞线。
在本公开实施例中，所述被测样件307为环状，主要针对但不限于坡莫合金、非晶/纳米晶等高导磁材料，测试样件通过切割制成环形薄片，去除毛刺并进行热处理。
所述被测样件307的具体尺寸根据实际情况进行设置，但在本实施例中，被测样件307的横截面积A在100-500mm2之间，被测样件307的横截面积A计算式如下所示：
式中：m为被测样件307质量；ρ为被测样件307密度；D为被测样件307外径；d为被测样件307内径。
图2为根据本申请一个实施例提供的多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统的流程图，如图2所示，本发明所述系统对磁材料的磁特性检测原理如下：
制备坡莫合金、非晶/纳米晶等材料的环状被测样件307并将被测样件307安装在拉压力测试机上施加拉应力或者拉应力，通过拉压力测试机对被测样件307施加一定值的拉力或压力，随后取下被测样件307，此时样件中存在残余应力，模拟了磁屏蔽材料安装和应用过程中受力后的磁特性变化，随后对被测样件307缠绕线圈组；
将无磁加热膜306粘贴在保温箱2内壁上并将无磁加热膜306与温控装置连接，接着将第一温度传感器308放入保温箱2内；
将有残余应力的被测样件307放进保温箱2中，将保温箱2封闭，盖上磁屏蔽装置1上的屏蔽盖为被测样件307提供弱磁环境，打开温度控制器304通过无磁加热膜306对保温箱2内部进行加热；
需要注意的是，在测试前，对被测样件307进行退磁处理，退磁频率等于测试频率，磁化电流从大于10倍矫顽力的磁场强度开始减小至零；
待被测样件307受热均匀后，通过磁特性测试装置305对测试被测样件307的低频交流磁特性所述磁特性测试装置305对励磁线圈施加正弦交变电流，通过测试感应绕组线圈的感应电压，计算被测样件在不同激励磁场强度下的磁通密度，得到不同磁场强度下和磁场强度磁通密度之间的关系，采用模拟冲击法测试被测样件307直流磁场下的磁滞回线、磁化曲线和磁导率等参数，采用伏安法和数字积分测量0.01Hz-1KHz下的动态磁滞回线和振幅磁导率等参数。
所述励磁绕组线圈提供的磁场强度H计算式如下：
式中：N1为励磁绕组线圈匝数；I为励磁电流；
为平均磁路长度。
测试出感应电流的平均电压值
此时磁通密度
的峰值为：
式中：f为励磁场频率；A为被测样件截面积；N2为感应绕组线圈匝数。
当考虑被测样件307与感应绕组线圈之间可能存在气隙磁场对测试准确性的影响时，通过下面计算式进行修正：
式中：
为修正后磁通密度的峰值；A为被测样件截面积；A′为带线圈截面积；μ0为空气磁导率；
励磁磁场峰值。
最后幅值磁导率μα的计算式如下：
完成测试后，所得结果即为磁性材料在极弱磁、极低频、温度、应力等环境条件耦合作用下磁导率和磁滞回线等磁特性。
综上所述，本申请提出的多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统，包括线圈组、温控装置、磁屏蔽装置和磁特性测试装置；所述线圈组缠绕在被测样件上；所述温控装置包括无磁加热单元和保温箱，所述保温箱设置在磁屏蔽装置内，用于放置缠绕有线圈组的被测样件；所述无磁加热单元与保温箱连接，用于对保温箱内的被测样件进行加热；所述磁屏蔽装置，用于为磁屏蔽装置内的保温箱内以及被测样件的提供弱磁环境、屏蔽外界干扰磁场；所述磁特性测试装置与线圈组相连，用于对所述线圈组提供励磁电流以及检测所述被测样件的感应电压，从而对被测样件交流磁特性进行测量。本发明的技术方案能够测量坡莫合金等多种磁屏蔽材料在实际应用中极弱磁、极低频、温度、应力等环境条件耦合作用下的磁滞回线、磁化曲线和磁导率的特性，从而提高磁屏蔽装置设计过程中理论计算和仿真计算的结果的准确度；同时可以根据不同材料的性能规律，对现有多层坡莫合金磁屏蔽装置进行材料替代，为进一步提高磁屏蔽能效，降低成本提供理论指导。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统，其特征在于，所述系统包括：线圈组、温控装置、磁屏蔽装置和磁特性测试装置；
所述线圈组缠绕在被测样件上；
所述温控装置包括无磁加热单元和保温箱，所述保温箱设置在磁屏蔽装置内，用于放置缠绕有线圈组的被测样件；所述无磁加热单元与保温箱相连，用于对保温箱内的被测样件进行加热；
所述磁屏蔽装置，用于为磁屏蔽装置内的保温箱内以及被测样件的提供弱磁环境、屏蔽外界干扰磁场；
所述磁特性测试装置与线圈组相连，用于对所述线圈组提供励磁电流以及检测所述被测样件的感应电压，从而对被测样件交流磁特性进行测量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无磁加热单元包括：交流调压器、固态继电器、温度控制器、第一温度传感器以及多个无磁加热膜；
所述无磁加热膜设置在保温箱内壁，用于对保温箱以及保温箱内部的被测样件进行加热；
所述交流调压器和温度控制器均与电源相连，所述交流调压器还与无磁加热膜电性连接，用于为无磁加热膜提供电压；
所述第一温度传感器设置在保温箱内并与温度控制器电性连接，用于测量保温箱内的温度并将测得的温度信号传输至温度控制器；
所述温度控制器，用于接收第一温度传感器检测到保温箱内的温度信号并对应的控制信号发送至固态继电器；
所述固态继电器分别与交流调压器、无磁加热膜和所述温度控制器电性连接，固态继电器用于接收温度控制器的控制信号并根据接收的控制信号控制电源的通断状态，以对保温箱内的温度进行控制。
3.据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述保温箱底部设置有第一支架，所述第一支架用于对保温箱进行支撑和固定，从而将保温箱安装在磁屏蔽装置内的中心位置。
4.据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述无磁加热膜包括基底、铺设在基底上的多个铜电阻丝、设置在基底一侧并与铜电阻丝连接的焊盘；
所述基底上的多个铜电阻丝为平行临近对称设置，用于抵消电流产生的磁场。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁屏蔽装置包括高导电磁屏蔽层、高导磁率磁屏蔽层组、屏蔽层间限位装置、无磁平台组和垫板组；
所述高导磁率磁屏蔽层组包括由内至外依次套设的多个高导磁率磁屏蔽层且每个所述高导磁率磁屏蔽层都设置有对应的屏蔽盖，用于通过通量分流作用对静磁场或极低频磁场进行屏蔽；
所述高导电磁屏蔽层套设在所述高导磁率屏蔽组外部且一侧设置有对应的高导电屏蔽层盖，用于对交流磁场进行屏蔽；
所述屏蔽层间限位装置包括设置高导磁率磁屏蔽层之间用于保持高导磁率磁屏蔽层之间间距的第一限位块和设置在高导电磁屏蔽层与高导磁率磁屏蔽层之间用以保持高导电磁屏蔽层与高导磁率磁屏蔽层之间间距的第二限位块；
所述无磁平台组包括多个无磁平台，多个无磁平台与高导磁率磁屏蔽层一一对应且每个无磁平台设置在对应的高导磁率磁屏蔽层底部，用于为对应得高导磁率磁屏蔽层提供安装空间；
所述垫板组包括多个垫板，垫板分别设置在对应的高导磁率磁屏蔽层上表面，用于对第一支架与最内层的高导磁率磁屏蔽层之间以及无磁平台与高导磁率磁屏蔽层之间进行隔离，防止应力直接作用在高导磁率磁屏蔽层上。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述高导磁率磁屏蔽层为坡莫合金屏蔽层，高导磁率磁屏蔽层对应的屏蔽盖为坡莫合金屏蔽盖，坡莫合金屏蔽盖安装在对应的坡莫合金屏蔽层上，用于通量分流作用对静磁场或极低频磁场进行屏蔽。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述高导电磁屏蔽层为铝合金屏蔽层，所述高导电磁屏蔽层盖为铝合金盖；
铝合金盖和坡莫合金屏蔽盖上均设置有实验孔，用于供温控装置的电线以及磁特性测试装置的测试线通过。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线圈组包括：励磁绕组线圈和感应绕组线圈，所述励磁绕组线圈和感应绕组线圈缠绕在被测样件的整个周长上。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁特性测试装置包括：数模转换器、信号发生器、功率放大器、功率分析仪；
所述功率分析仪通过测试线与感应绕组线圈相连，用于检测被测样件的感应电压；
所述信号发生器和功率放大器相连通过测试线与励磁绕组线圈相连，用于为励磁绕组线圈施加励磁电流；
所述数模转换器与率放大器连接，用于控制功率放大器进行电流输出，测试时通过数模转换器调整励增加磁电流，得到不同磁场强度下和磁场强度磁通密度之间的关系。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁屏蔽装置底部设置有第二支架，所述第二支架用于对所述磁屏蔽装置进行支撑和固定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210173036.4A CN114545307A (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210173036.4A CN114545307A (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114545307A true CN114545307A (zh) | 2022-05-27 |
Family
ID=81676687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210173036.4A Pending CN114545307A (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114545307A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117147004A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 之江实验室 | 一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置 |
-
2022
- 2022-02-24 CN CN202210173036.4A patent/CN114545307A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117147004A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 之江实验室 | 一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置 |
| CN117147004B (zh) * | 2023-10-30 | 2024-03-26 | 之江实验室 | 一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109425840B (zh) | 一种纳米晶旋转磁特性测试系统及测量方法 | |
| CN114578273A (zh) | 低频弱磁环境下高导磁材料磁特性测试装置和方法 | |
| CN106908634A (zh) | 一种带有c型磁环的基于磁电层合材料的交流电流传感器 | |
| CN112034230B (zh) | 具有螺旋形屏蔽外壳的电流传感器 | |
| CN114578274A (zh) | 极弱磁环境下软磁材料磁特性测试装置与方法 | |
| US20180342868A1 (en) | Apparatus and method for altering the properties of materials by processing through the application of a magnetic field | |
| CN114545306B (zh) | 一种不同温度与磁场下磁材料磁特性测试装置和方法 | |
| Kouakeuo et al. | Internal characterization of magnetic cores, comparison to finite element simulations: a route for dimensioning and condition monitoring | |
| CN114545307A (zh) | 多物理场耦合环境下磁材料磁特性测量系统 | |
| Boehm et al. | Measurement of magnetic properties of steel at high temperatures | |
| Wang et al. | Quantitative evaluation and investigation of shielding coefficient and magnetic noise in stacked nanocrystalline magnetic shielding system | |
| CN107271932B (zh) | 一种改良b-h测量线圈及基于此线圈的立方体样件二维磁特性测量方法 | |
| CN106018912A (zh) | 一种高精度通用型交直流电流测量装置 | |
| CN205941862U (zh) | 垂直方圈磁性测量装置 | |
| CN208399665U (zh) | 一种立式三相柔性宽频旋转磁特性测量系统 | |
| CN102818920B (zh) | 基于电磁力的光纤电流测量方法及装置 | |
| CN114019220B (zh) | 一种电流检测器及电路 | |
| CN114578272A (zh) | 一种应力作用下磁性材料磁特性测量装置和方法 | |
| CN113670188B (zh) | 变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置及评估方法 | |
| Wei et al. | Development of magnetic core framework for flexible Rogowski coil current transducer | |
| Wang et al. | Loss Analysis Method for Laminated Magnetic Cores in Inductive Power Transfer Applications | |
| CN108761359B (zh) | 一种永磁体涡流损耗的测量系统及方法 | |
| Zhang et al. | Analytical expression of the mirror coefficient by joint analytical calculation method | |
| Assi | Electromagnet design for a time varying magnetic flux leakage system | |
| Hu et al. | Non-destructive measurement of magnetic properties of claw pole |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |