充磁机充磁峰值电流测量方法及装置与流程

本发明属于电子测量及检验技术领域，涉及一种充磁机充磁峰值电流测量方法及装置。

背景技术

充磁机在生产和开发各种永磁器件的过程中是必不可少的关键设备，广泛应用于微特电机、仪器仪表、消费电子、医疗器械和日常工业等各个领域。经充磁机充磁后，永磁材料的磁场参数和分布直接影响它的运行性能，随着自动化程度的提高和电子、计算机、高新技术以及其他领域的发展，在大型医疗仪器和工业测量中需要均匀稳定的磁场，对磁场的稳定性和均匀性要求极高，这不仅对永磁材料有一定要求，更需要对充磁机的充磁电流进行精确控制。因此，对充磁机的电流检测尤为重要。

充磁机的工作原理主要是将直流高压电流给电容器充电，然后通过一个具有微小电阻的线圈放电，得到一个最大峰值可达几万安培的尖峰电流。该电流在线圈中产生一个强大的磁场，从而使置于线圈中的磁材料磁化。对于不同磁性要求的材料，充磁机的峰值电流的大小和宽度也不相同，而这两个参数直接决定磁钢的磁通量。

技术实现要素：

本发明针对现有充磁机峰值脉冲电流过大，缺少电流自动检测功能，存在较大的安全隐患等问题，提出了一种充磁机峰值电流精确测量的方法，设计了相关峰值电流检测电路，对充磁机峰值电流大小和宽度进行检测，获得充磁脉冲电流的动态特性。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明提供一种充磁机峰值电流测量方法及装置，该装置主要包含充磁机模块、充磁线圈模块、电流传感器模块、充磁电流测量电路系统。在充磁机与充磁线圈之间的回路上串联一个电流传感器，通过充磁电流测量电路系统测量电流传感器的峰值电流和峰值宽度得到充磁机的峰值电流动态特性。

充磁机峰值电流测量方法主要在充磁电流测量电路系统中设计了电流转换电压模块、峰值保持电路模块、ad检测模块、高速ad检测模块、cpld系统、外部ram、mcu单片机系统、上位机及通讯系统。具体测量方法是经过电流转电压模块，把电流传感器的电流转换成电压，通过峰值保持电路把电流峰值电压保存下来，再通过ad检测模块读取峰值电压到单片机进一步处理，由于ad检测模块采样频率较低只能获得最大峰值电压。另一高速ad检测模块采用高速的ad采样测量得到放电电流的波形。cpld把测量的ad转换数字量暂时存储在外部ram系统中，测量完毕后cpld系统将存储于ram系统的数据传输给单片机。单片机根据ad检测模块采样的峰值lad，对获得的高速ad采样值gad[i]进行修正，即gad[i]*lad/gadmax，其中gadmax为高速ad采样值gad[i]的最大值，然后根据修正后的高速采样值，计算出峰值电流的大小和宽度。

本发明的有益效果在于：本发明的充磁机充磁峰值电流测量方法及装置，能够对充磁机峰值电流和宽度进行精确测量，减少因为峰值电流过大而导致设备损坏。通过高速ad检测及cpld系统对充磁机充磁最大峰值电流进行修正，为精确对磁材料进行充磁，降低能源消耗，节约了成本。

附图说明

图1是充磁机充磁峰值电流测量装置整体框图；

图2是充磁机充磁峰值电流信号示意图；

图3是充磁机充磁峰值电流测量系统模块连接示意图；

图4是充磁机充磁峰值电流测量系统具体连接电路图；

图5是峰值电流转换电压、峰值保持电路具体连接图。

具体实施方式

为更清晰地表达本发明，以下结合附图作进一步说明。

图1是充磁机充磁峰值电流测量装置整体框图。如图1所示，在充磁机与充磁线圈的回路上串联一个电流传感器，通过充磁电流测量电路测量流过电流传感器的电流，从而得到充磁机的电流，电流传感器屏蔽壳与充磁电流测量电路共同接地减少外界干扰。

图2是充磁机充磁峰值电流信号示意图。当充磁机工作时，产生的电流如图2所示，充磁机充磁电流尖峰的峰值为尖峰幅值，尖峰脉宽为d。通过ad检测模块测量得到尖峰幅值lad，通过高速ad检测模块获得充电电流波形，根据高速ad采样值gad[i]数组中连续非零值的数量与采样频率，从而可以计算得到尖峰脉宽d。

图3是充磁机充磁峰值电流测量系统模块连接示意图。如图2所示，峰值电流测量系统主要包含电流传感器、峰值保持电路模块、ad检测模块、高速ad检测模块、cpld系统、外部ram系统、mcu单片机系统、上位机及485通讯系统。流过电流传感器的电流先通过电流转电压电路转换成峰值电压，再输送给峰值保持电路，一路直接通过adc（12位）转换电路直接给单片机，等待进一步的处理；另一路通过高速adc（24位）转换之后，把峰值电压输送给cpld系统，单片机通过cpld对最大峰值电压进行修正，并把充磁电流的动态特性存储在外部ram系统中，pc端上位机通过485通讯对单片机储存的相关峰值修正参数进行设置。

图4充磁机充磁峰值电流测量系统具体连接电路图。如图所示，区域1为单片机最小系统模块，u10的单片机型号选择ti的msp430f437芯片，其中u10的avcc、dvcc端与电容cd10的正极、电容c10的一端、电源vdd直接连接；cd10的负极、电容c10的另一端与数字地dgnd连接；u10的rst端与电阻r10的一端、电容c11的一端连接；电阻r10的另一端与电源vdd连接，电容c11的另一端与数字地dgnd连接；u10的xin端与晶振x10的一端、电容c12的一端连接；u10的xout端与晶振x10的另一端、电容c13的一端连接；电容c12的另一端、电容c13的另一端与数字地dgnd连接；u10的串口txd0端、rxd0端与485通讯模块连接，单片机通过485通讯与pc端上位机进行通讯；u10的p1.1端与区域2的ad芯片u11的sclk端连接；u10的p1.2端与区域2的ad芯片u11的cs端连接；；u10的p1.3端与区域2的ad芯片u11的din端连接;u10的p1.4端与区域2的ad芯片u11的dout端连接；u10的rxd1端与cpld系统的tx端连接；u10的p2.1端与cpld系统的rst端连接；u10的p2.0端与cpld系统的read端连接。

区域2为adc转换电路模块；u11的ad芯片选用ad7799芯片，其中u11的sclk端与单片机u10的p1.1连接；u11的cs端与单片机u10的p1.2连接；u11的din端与单片机u10的p1.3连接；u11的dout端与单片机u10的p1.4连接；u11的ain1+端、ain1-端分别与电流峰值保持电路连接；u11的gnd端与模拟地agnd连接；u11的avdd端、dvdd端与电源vdd端连接；u11的psw端、ref-端与电容c14的一端、稳压二极管z10的正极连接；u11的ref+端与电容c14的另一端、稳压二极管z10的负极、电阻r11的一端连接；电阻r11的另一端与电源vdd的一端连接。

图5是峰值电流转换电压、峰值保持电路具体连接图。如图4所示，区域3是电流转换电压模块，其中电流传感器的一端与电阻r20的一端连接；电阻r20的另一端与tvs二极管z20的一端、电阻r21的一端连接；tvs二极管z20的另一端与电流传感器的另一端、模拟地agnd端连接；电阻r21的另一端与电阻r22的一端、运放u20的in+端连接；r22的另一端与模拟地agnd连接。

区域4是峰值保持电路，其中运放u20选用高精度、高速、低噪声的运算放大器芯片op07芯片作为电压跟随器。具体连接方式是u20的in+端与区域3的电阻r21的一端连接；u20的in-端与二极管d20的正极连接；u20的vdd端与电容cd20的正极、电容c20的一端、电源vdd端连接；电容cd20的另一端与电容c20的另一端、模拟地agnd连接；u20的vss端与电阻r23的一端、模拟地agnd连接；u20的/sd端与单片机的en端连接；u20的out端与二极管d20的负极、r23的另一端、二极管d21的正极连接；二极管d21的负极与电阻r24的一端连接；电阻r24的另一端与电阻r25的一端、电阻r26的一端、电容c21的一端、ad芯片的ain1+端、电容cd21的正极连接；电阻r26的另一端与电容c21的另一端、模拟地agnd端连接；电容cd21的负极与模拟地agnd端连接；电阻r25的另一端与电阻r27的一端、按键s20的一端连接；电阻r27的另一端与高速光耦芯片u21的out2端连接；按键s20的另一端与高速光耦u21的out1端、模拟地agnd连接；u21的a端与放电控制端的一端连接；u21的c端与电阻r28的一端连接；电阻r28的另一端与放电控制端的另一端连接。

峰值保持电路中运放u20作为电压跟随器，将保持电路与信号进行隔离，同时可进行前后级信号的阻抗匹配。区域3中的tvs管z20主要用来防止峰值电压过大，损坏运算放大器。r21与r22按比例将峰值信号分压，在u20的in+输入端输入幅值变小的电压。运放u20之后的二极管d21与电容cd21构成一个峰值保持电路。通过放电控制端能够对电容cd21上的电压进行放电处理。