基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其主要技术特点是：包括基本磁化曲线测量主电路、电压源模块、电压信号采集电路、电流信号自动调整电路和单片机控制模块；所述电压源模块与基本磁化曲线测量主电路连接，该基本磁化曲线测量主电路与电压信号采集电路、单片机控制模块、电流信号自动调整电路循环连接在一起，最终由单片机控制模块测量计算后得到磁感应强度、磁场强度。本实用新型设计合理，通过单片机控制模块与电压源模块、电流信号自动调整电路配合实现自动控制磁化电流的大小与方向，使得测量更加准确、方便、快捷。
【专利说明】基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置【技术领域】
[0001]本实用新型属于铁磁材料【技术领域】，尤其是一种基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置。
【背景技术】
[0002]铁磁材料是一种性能特异、能够广泛应用在工业、交通、通讯、电器等领域的物质。磁滞回线和基本磁化曲线反映了铁磁材料的主要特征，通过测量不同铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线便可确定该材料的磁特性。因此，研究铁磁材料的磁化性质，不论在理论上，还是在实际应用上都具有重要意义。
[0003]当磁化磁场作周期性变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合曲线，该闭合曲线称为磁滞回线。基本磁化曲线是一族磁滞回线顶点的连线。目前，基本磁化曲线的测量通常采用人工的方法来完成，即人工测量、采集磁场强度和磁感应强度，测量过程中磁化电流的大小也需手动调节，此种方法精度较低，测量速度较慢。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其通过单片机控制模块自动获取环形铁磁材料样件的磁场强度和磁感应强度值，克服了现有测量过程存在的准确性较低、测量速度较慢的缺点。
[0005]本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0006]一种基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，包括基本磁化曲线测量主电路、电压源模块、电压信号采集电路、电流信号自动调整电路和单片机控制模块；所述电压源模块与基本磁化曲线测量主电路连接，该基本磁化曲线测量主电路与电压信号采集电路、单片机控制模块、电流信号自动调整电路循环连接在一起，最终由单片机控制模块测量计算后得到磁感应强度、磁场强度。
[0007]而且，所述基本磁化曲线测量主电路包括待测铁磁材料样件、激磁绕组L1、测试绕组L2、电阻R、电容C、电阻R1、电阻R2、电阻R3、两个带有一对常开触点的继电器、整流桥D、滤波电容Cl、滤波电容C2、分压电阻R4、分压电阻R5，待测样件两侧分别绕装激磁绕组L1和测试绕组L2，激磁绕组L1通过电阻R1、电阻R2、电阻R3与电压源模块连接，电阻R2、电阻R3各自通过继电器的一对常开触点接入电路，测试绕组L2首先与电阻R和电容C相串联，然后再在电容C两端并联整流桥、滤波电容Cl和滤波电容C2，滤波电容C2后面串联分压电阻R4和分压电阻R5，从基本磁化曲线测量主电路输入到电压信号采集电路的模拟量电压信号从分压电阻R5两端取出，从而使测试绕组L2两端的电压信号在经过整流、滤波、分压之后形成适合输入到A/D转换器的模拟量信号。 [0008]而且，所述电流信号自动调整电路包括两个三极管、两个继电器、两个续流二级管；每个三极管的基极分别接到单片机的I/o接口上，每个三极管的发射极分别连接到各自的继电器线圈的一端，继电器线圈的另一端接到+5V电源上；每个继电器线圈两端并接一个续流二级管。
[0009]而且，所述电流信号自动调整电路还包括两个由电阻与发光二极管串联构成的继电器状态指示电路，两个继电器状态指示电路分别并联在继电器线圈的两端。
[0010]而且，所述电压源模块包括5V电源和电压可调电源，220V交流电通过5V电源输出5V直流电为单片机控制模块供电，220V交流电通过电压可调电源输出50?200V可调交流电为基本磁化曲线测量主电路供电。
[0011]而且，所述的5V电源包括220/8V变压器及整流稳压单元，220V交流电接入220/8V变压器，该变压器输出的8V交流电接入由四个二极管组成的整流桥的两端，整流桥另外两端并联滤波电容后接到三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端输出5V直流电，并联电容后得到平稳的5V直流电为单片机控制模块供电。
[0012]而且，所述的电压可调电源包括自耦变压器、桥式整流电路及滤波电路，该自耦变压器的主边与220V交流电源相连接，自耦变压器的副边接入由四个二极管组成的整流桥的两端，该整流桥另外两端并联电容后获得一个50V?200V的直流电压，该直流电作为四个MOSFET组成电路的电源；每个MOSFET组成电路均包括反相器、光耦、三极管、MOSFET管，反相器的输入端连接单片机的I/O接口，反相器的输出端与光耦相连接，光耦经电阻连接三极管的基极，该三极管的集电极与MOSFET管相连接，该三极管经电阻接12V电压。
[0013]本实用新型的优点和积极效果是:
[0014]1、本实用新型设置了由单片机控制的电压源模块，使得原本需要人工调整、控制的磁化电流可自动改变大小和方向；由于电压源模块的输出电压大小可调，本自动测量装置在工作时能够根据不同铁磁性材料的特性选择适当的电压，扩大了其适用对象；由于采用了电流信号自动调整电路，通过单片机控制电阻R2和R3的接入与切除，实现了磁化电流大小的自动改变，使得测量更方便。
[0015]2、本实用新型可以与PC机处理及显示模块配合使用，采取自动采样并实时传送测量数据，由PC机进行数据拟合处理并显示输出拟合曲线，使得作输出结果的基本磁化曲线更准确，也使得测量更快速、便捷，克服了现有的基本磁化曲线测量装置或系统由于人工参与因素大、采样信息量有限而导致测量结果准确性较低、测量速度较慢等问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的电路方框图；
[0017]图2是本实用新型的基本磁化曲线测量主电路图；
[0018]图3是本实用新型的电流信号自动调整电路图；
[0019]图4是本实用新型的电压源模块电路图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。
[0021]一种基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，如图1所示，包括基本磁化曲线测量主电路、电压源模块、电压信号采集电路、电流信号自动调整电路和单片机控制模块；其中，电压源模块与基本磁化曲线测量主电路连接,该基本磁化曲线测量主电路与电压信号采集电路连接，电压信号采集电路与单片机控制模块连接，单片机控制模块与电流信号自动调整电路连接，电流信号自动调整电路与基本磁化曲线测量主电路连接，最终由单片机控制模块测量计算后得到磁感应强度B、磁场强度H。本自动测量装置的单片机控制模块可以将通过RS-485通信接口电路与PC机处理及显示模块连接，由PC机处理及显示模块将由单片机控制模块计算得到的磁感应强度B、磁场强度H在B-H 二维直角坐标平面上依次描点后，采用数据拟合的方法将各点连成一条平滑的曲线并实时显示该曲线，实现基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测绘功能。下面本实用新型的各个部分分别进行说明:
[0022]如图2所示，基本磁化曲线测量主电路，包括待测样件、激磁绕组L1、测试绕组L2、电阻R、电容C、电阻R1、电阻R2、电阻R3、带有一对常开触点的继电器1、带有一对常开触点的继电器2、整流桥D、滤波电容C1、滤波电容C2、分压电阻R4、分压电阻R5。其中待测样件两侧分别绕有激磁绕组L1和测试绕组L2,激磁绕组L1通过电阻R1、电阻R2、电阻R3与电压源模块连接，电阻R2、电阻R3各自通过继电器的一对常开触点接入电路，测试绕组L2首先与电阻R和电容C相串联，然后再在电容C两端并联整流桥、滤波电容Cl和滤波电容C2，滤波电容C2后面串联分压电阻R4和分压电阻R5，从基本磁化曲线测量主电路输入到电压信号采集电路的模拟量电压信号从分压电阻R5两端取出，从而使测试绕组L2两端的电压信号在经过整流、滤波、分压之后变成适合输入到A/D转换器的模拟量信号；
[0023]如图3所示，电流信号自动调整电路，包括电阻R、三极管Q28550、继电器HK4100F、续流二级管和发光二级管；两个三极管的基极分别接到单片机的P2.0、P2.1上，三极管的发射极接到继电器线圈的一端，继电器线圈的另一端接到+5V电源VCC上；继电器线圈两端并接一个二极管，用于释放继电器线圈断电时产生的方向电动势，防止反向电势击穿三极管及干扰其他电路；电阻R与发光二极管组成一个继电器状态指示电路，若继电器线圈通电，则发光二极管点亮，此时主电路中的继电器常开触点闭合。
[0024]如图4所示，所述电压源模块外接220V交流电，一方面经过自耦调压器变为50?200V可调交流电；另一方面经变压器和整流稳压单元产生5V直流电供给AT89C51单片机；其中，5V电源由变压器及整流稳压单元构成，工频交流电接入220/8V变压器，将8V的交流电接入由四个IN5401 二极管组成的整流桥的两端，整流桥另外两端并联220 μ F/25V、
0.33 μ F滤波电容后接到三端稳压器W7805的IN端，GND端与其他器件共地，OUT端输出5V直流电，并联I μ F电容可消除输出电压中的高频噪声，最终得到平稳的5V直流电供单片机使用；电压可调电源包括自耦变压器、桥式整流电路及滤波电路，该自耦变压器的主边与220V交流电源相连接，副边接入由四个ΙΝ5401 二极管组成的整流桥的两端，整流桥另外两端并联220μ F/25V的电容后便可获得一个基本保持在50V?200V的直流电压，该直流电作为4个MOSFET组成电路的电源；单片机的管脚Pl.1，Pl.2，Pl.3，Pl.4分别连接反向器74LS04 —端，反相器I另一端与光耦I连接，光耦I经电阻4.7k Ω接第一个三极管8050NPN的基极，第一个三极管8050NPN的集电极与MOSFET管相连接，同时经电阻IkQ接12V电压；反相器2与光耦2连接，光耦2经电阻4.7k Ω连接第二个三极管8050NPN的基极，第二个三极管8050NPN的集电极与MOSFET管相连接，同时经电阻IkQ接12V电压；反相器3与光耦3连接，光耦3经电阻4.7k Ω连接第三个三极管8050NPN的基极，第三个三极管8050NPN的集电极与MOSFET管相连接，同时经电阻IkQ接12V电压；反相器4与光耦4连接，光耦4经电阻4.7k Ω连接第四个三极管8050NPN的基极，第四个三极管8050NPN的集电极与MOSFET管相连接，同时经IkQ电阻接12V电压。[0025]本实用新型中的电压信号采集电路、单片机与RS-485通信接口电路的连接方法以及RS-485通信接口电路均是公知技术，在此不再详述。
[0026]在本实用新型中，单片机控制模块计算磁感应强度的过程如下:检测电压信号，如果无信号输入继续检测信号，如果接收到信号输入，则采集电压信号，将采集到的电压信号进行A/D转换，然后单片机进行计算处理，最后储存磁感应强度B值。单片机控制模块计算磁场强度的过程如下:检测P2.0、P2.1是否低电平，根据检测结果使相应的继电器线圈得电，继电器线圈得电后，它的常开触点闭合，主电路中电流发生变化，然后单片机进行计算处理，储存磁场强度H值。
[0027]本实用新型的工作原理为:采用的电压源模块可产生幅值连续可调的阶跃电压信号，该信号通过待测样件L1侧回路产生磁化电流，该磁化电流受电压源模块输出的电压信号控制，同时也跟继电器常开触点通断状态有关。磁化回路中的磁化电流与磁场强度H对
应，// =|，式中L为待测样件的平均周长，N1为激磁绕组的匝数，I1是磁化电流，即激磁
n RCUc
绕组侧的电流值。测试回路中的电容电压与磁感应强度B对应，B = -^^r，这里N2、S、R
和C均为常数，其中N2为测试绕组的匝数，S为样件的横截面积，R、C分别为图2中电阻R的阻值和电容C的电容量，U。为电容C两端电压。把相应的算法输入到单片机的算法子程序，调用算法子程序得到B、H值。单片机与PC机通信后，PC机将得到的B、H值在以H为横坐标、B为纵坐标的二维直角坐标系上依次描点后，采用曲线拟合的方法将各点连成一条平滑的曲线并实时显示该曲线，该曲线即为基本磁化曲线。
[0028]在本实施例中，单片机控制模块中的单片机采用AT89C51 ;继电器型号为HK4100F，采用继电器常开触点控制电路中电阻的接入；待测样件为环形铁磁样件，待测样件两侧绕有激磁绕组L1、测试绕组L2，其截面为圆形，具体尺寸为:1^为500胆，L2S 100匝，Rrt= 50mm, R外=62mm，高22.3mm。其测量过程为:首先，控制单片机的P2.0，P2.1管脚使其输出低电平，此时，继电器线圈得电，其常开触点闭合，电阻R2，R3被短路；同时改变电压源模块输出电压信号大小，调用单片机中的电流算法子程序使电流为1A，记住此时电压源模块的状态；继续改变电压源模块的控制信号使电流为-1A，同样记住此时电压源模块状态。然后，将已 磁化的铁磁材料去磁，电流为IA时进行磁锻炼，即磁化电流在O — IA — O — -1A — O之间来回变动，形成的B和H的关系曲线，磁化电流在土 IA间每循环一次，Bm的数值都要有些变动，循环次数愈多，Bm的变动愈小，经过几次循环后，Bm就趋于稳定而形成一个闭合的曲线，称之为磁滞回线(顶点为Bm和Hm)。从开始磁化到形成磁滞回线的过程叫磁锻炼。减小电压源模块的输出电压，即减小磁化电流，再进行磁锻炼，电流可以0.1A的步长增长，共作10个点，但在测量过程中，只允许单值增长，如发生错误，就应该重新去磁，重新开始实验，直到减小电压使电流接近零为止。最后，先从最小基本磁化曲线的顶点测起，调节电压源模块和继电器的状态使电流对应较小的值，进行磁锻炼；依次增加电流值进行磁锻炼，得到一簇基本磁滞回线，将其顶点连接起来就得到了基本磁化曲线。
[0029]需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其特征在于:包括基本磁化曲线测量主电路、电压源模块、电压信号采集电路、电流信号自动调整电路和单片机控制模块；所述电压源模块与基本磁化曲线测量主电路连接，该基本磁化曲线测量主电路与电压信号采集电路、单片机控制模块、电流信号自动调整电路循环连接在一起，最终由单片机控制模块测量计算后得到磁感应强度、磁场强度。
2.根据权利要求1所述的基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其特征在于:所述基本磁化曲线测量主电路包括待测铁磁材料样件、激磁绕组L1、测试绕组L2、电阻R、电容C、电阻R1、电阻R2、电阻R3、两个带有一对常开触点的继电器、整流桥D、滤波电容C1、滤波电容C2、分压电阻R4、分压电阻R5，待测样件两侧分别绕装激磁绕组L1和测试绕组L2,激磁绕组L1通过电阻R1、电阻R2、电阻R3与电压源模块连接，电阻R2、电阻R3各自通过继电器的一对常开触点接入电路，测试绕组L2首先与电阻R和电容C相串联，然后再在电容C两端并联整流桥、滤波电容Cl和滤波电容C2，滤波电容C2后面串联分压电阻R4和分压电阻R5，从基本磁化曲线测量主电路输入到电压信号采集电路的模拟量电压信号从分压电阻R5两端取出，从而使测试绕组L2两端的电压信号在经过整流、滤波、分压之后形成适合输入到A/D转换器的模拟量信号。
3.根据权利要求1所述的基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其特征在于:所述电流信号自动调整电路包括两个三极管、两个继电器、两个续流二级管；每个三极管的基极分别接到单片机的I/o接口上，每个三极管的发射极分别连接到各自的继电器线圈的一端，继电器线圈的另一端接到+5V电源上；每个继电器线圈两端并接一个续流二级管。
4.根据权利要求3所述的基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其特征在于:所述电流信号自动调整电路还包括两个由电阻与发光二极管串联构成的继电器状态指示电路，两个继电器状态指示电路分别并联在继电器线圈的两端。
5.根据权利要求1所述的基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其特征在于:所述电压源模块包括5V电源和电压可调电源，220V交流电通过5V电源输出5V直流电为单片机控制模块供电，220V交流电通过电压可调电源输出50?200V可调交流电为基本磁化曲线测量主电路供电。
6.根据权利要求5所述的基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其特征在于:所述的5V电源包括220/8V变压器及整流稳压单元，220V交流电接入220/8V变压器，该变压器输出的8V交流电接入由四个二极管组成的整流桥的两端，整流桥另外两端并联滤波电容后接到三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端输出5V直流电，并联电容后得到平稳的5V直流电为单片机控制模块供电。
7.根据权利要求5所述的基于铁磁材料基本磁化曲线的自动测量装置，其特征在于:所述的电压可调电源包括自耦变压器、桥式整流电路及滤波电路，该自耦变压器的主边与220V交流电源相连接，自耦变压器的副边接入由四个二极管组成的整流桥的两端，该整流桥另外两端并联电容后获得一个50V?200V的直流电压，该直流电作为四个MOSFET组成电路的电源；每个MOSFET组成电路均包括反相器、光耦、三极管、MOSFET管，反相器的输入端连接单片机的I/O接口，反相器的输出端与光耦相连接，光耦经电阻连接三极管的基极，该三极管的集电极与MOSFET管相连接，该三极管经电阻接12V电压。
【文档编号】G01R33/14GK203688788SQ201320864946
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】李玲玲, 张士暖, 段超颖, 庞天宇, 王成亮, 唐维乐 申请人:河北工业大学