考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试系统的制作方法

本实用新型涉及二维磁特性测量领域，具体是一种考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试系统。

背景技术：

大样片旋转磁特性测试法是一种常用的磁性材料测试方法，可用于测量材料的一维磁特性和二维磁特性。不仅如此，大样片旋转磁特性测试法凭借着被测样片中均匀区域大、便于施加应力等优点，仍然具有研究性。

许多论文对大样片旋转磁特性测试方法进行了详细的论述，J.Sievert和H.Ahlers等人[Sievert J,Ahlers H,Enokizono M,et al.The measurement of rotational power loss in electrical sheet steel using a vertical yoke system[J].Journal of Magnetism&Magnetic Materials,1992,112(1-3):91-94.]使用大样片旋转磁特性测试法测量了包括小十字、大十字、小正方形、大正方形等多种形状的样片，但是测量结果表明：材料损耗特性随着被测样片相对大小的变化，最小误差是8％，最大损耗误差达到28％，损耗波动范围比较大，测量不稳定。之所以会差生如此大的偏差是由于没有考虑到被测样片与磁轭之间的接触面积很大，过大的窗口面积使得在样片与极头接触的区域产生了涡流，产生的涡流经过被测样片的中心区域，造成磁性材料的损耗特性测试不准确。

技术实现要素：

针对大样片旋转磁特性测试法测量磁性材料的损耗特性精度低的问题，本实用新型提供了一种考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试系统及方法，该系统及方法针对大样片旋转磁特性测试法产生的额外涡流损耗进行研究，能够减小涡流对测试结果的影响，提高大样片旋转磁特性测试的损耗测量精度。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试系统，包括电脑、采集卡、被测样片、复合传感线圈、两个C型磁轭和一级放大电路，其特征在于该系统还包括磁轭升降固定装置，两个C型磁轭垂直相对固定在磁轭升降固定装置上，一个C型磁轭能在磁轭升降固定装置的作用下上下移动，另一个C型磁轭在磁轭升降固定装置上静止；

所述被测样片呈十字形，十字形的四条臂的尺寸与C型磁轭的支腿尺寸一致，在各臂上均等间距设置有多个空气槽，每个空气槽的宽度均不大于1mm，空气槽的深度与各臂长度相等；两个C型磁轭按照上下位置垂直固定在被测样片的四条臂上；

所述复合传感线圈包括上层H线圈、下层H线圈、上盖、下骨架和四个B探针，上层H线圈由上层Hx线圈和上层Hy线圈垂直交叉构成，且上层H线圈缠绕在上层H线圈基板上，上层H线圈基板与上层固定板的下表面中央固定；

下层H线圈由下层Hx线圈和下层Hy线圈垂直交叉构成，且下层H线圈缠绕在下层H线圈基板上，下层H线圈基板安装在下层固定板的下表面中央，同时在下层固定板上布置四个B探针，且四个B探针呈垂直交叉布置，四个B探针到下层固定板中心的距离均相等，相对的两个B探针的连线与下层Hx线圈或下层Hy线圈平行，与下层Hx线圈平行的两个B探针记为By，与下层Hy线圈平行的两个B探针记为Bx；上层H线圈的双绞出线的焊接孔布置在上层固定板上，下层H线圈的双绞出线和B探针的双绞出线的焊接孔均布置在下层固定板上；

在下骨架内设置有用于固定上层固定板的台阶及用于固定下层固定板的台阶，两个台阶之间具有间隙；B探针能伸出下骨架的底面，且下骨架的下表面紧挨被测样片上表面中心；下骨架的上部覆盖上盖，对上层固定板进行固定，至此构成整个复合传感线圈；

将复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处。

上述的考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试系统，所述磁轭升降固定装置包括顶板、底板、丝杠、光杆、手轮和皮带，在顶板和底板上分别通过磁轭压条固定两个C型磁轭，两个C型磁轭的开口相对垂直布置，两个C型磁轭的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；顶板和底板之间通过两个丝杆和两个光杆连接，两个丝杆和两个光杆按照对角线方向布置并支撑顶板，一个丝杠的上端穿过顶板连接手轮，另一个丝杠的上端也穿出顶板连接带轮，手轮和带轮之间通过皮带连接。

一种考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试方法，该方法采用上述的测试系统，包括以下步骤：

步骤一：组装复合传感线圈、被测样片、C型磁轭及磁轭升降固定装置：

被测样片的磁感应强度B采用探针法进行测量，测量的是被测样片磁感应强度B的感应电压值；B探针采用弹簧探针制作，四个B探针以下层固定板为中心呈垂直交叉布置，对H线圈和B探针的出线进行双绞；

制作上盖和下骨架，用以固定上下两层H线圈以及B探针，将复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处，把被测样片与B探针接触部分的绝缘漆去掉；通过磁轭升降固定装置固定上、下C型磁轭；

步骤二：连接实验电路：

两个C型磁轭的激磁绕组中激磁电流由采集卡的输出端经过功放与相应的水冷电阻串联后，再经相应的隔离变压器后提供；复合传感线圈的上层H线圈、下层H线圈和B探针的双绞出线均通过屏蔽线连接到一级放大电路的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的输入端，采集卡采集到的信号传输到电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台，采集卡与电脑进行双向通信；

步骤三：开始进行试验：

控制采集卡输出不同频率的激磁信号，使用磁测量虚拟仪器工作台控制采集卡采集Bx、By信号，并令Bx、By信号合成一个标准圆形或者椭圆形；分别记录此时的上、下层H线圈的Hx、Hy信号，然后分别根据上、下层H线圈的Hx、Hy信号得到线性外推出的Hx、Hy信号，再进行后处理，得到不同激磁频率下的B-H曲线、损耗曲线，最终完成考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测量；

步骤四：改变气隙参数进行对比实验：

通过旋转手轮经由皮带带动丝杆转动，升高或者降低顶板的高度，顶板和上C型磁轭通过磁轭压条连接到一起，通过改变上、下C型磁轭之间的距离和上、下C型磁轭与样片之间的气隙距离，进而得到不同气隙下的磁特性损耗和磁滞回线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型系统的复合传感线圈采用双层H线圈差值外推测量材料的实际磁场强度H，不仅提高了精度而且能够与上下层单独测得的实验结构进行对比,同时复合传感线圈能作为一个整体安装在被测样片上，使用安装更加方便；

(2)本实用新型系统的被测样片的各臂上开出多道很细的空气槽，用来切断被测样片与极头接触区域产生的涡流，进而能显著提高材料损耗特性的测试精度，且被测样片尺寸发生改变时，其损耗波动较小，测量更稳定；

(3)本实用新型在测量磁感应强度时，采用探针法而不是线圈法来测量磁感应强度，避免在被测样片上的孔在施加力的过程中变形，损坏感应线圈；与感应线圈法相比，该方法减小了边缘效应对测试精度的影响，使测试区域磁场更加均匀，而且可以避免因打孔造成的材料磁特性的破坏；

(4)本实用新型在测量材料磁特性的同时，考虑了涡流对材料磁特性测量过程中产生的附加涡流损耗，相比于未考虑涡流影响，提高了测量精度；

(5)本实用新型方法可以通过旋转手轮来调节磁轭与被测样片之间的距离，从而改变气隙长度，能用于讨论磁轭与被测样片之间的距离对测量得到的材料磁特性的影响。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中的上层H线圈及上层固定板的仰视结构示意图；

图2为本实用新型中的下层H线圈、B探针及下层固定板的仰视结构示意图；

图3为本实用新型中的上层H线圈、下层H线圈的相对位置结构示意图；

图4为本实用新型中的被测样片的结构示意图；

图5为本实用新型中的用来安装上、下层H线圈和B探针的上盖14和下骨架15的分开结构示意图；

图6为本实用新型中复合传感线圈的截面图；

图7为本实用新型中磁轭升降固定装置的安装结构示意图；

图8为本实用新型考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试系统的电路连接示意图；

图9为实施例1中开空气槽与未开空气槽槽情况下某测试点的电流密度仿真结果图。

附图标记说明：

1.上层Hx线圈，2.上层Hy线圈，3.下层Hx线圈，4.下层Hy线圈，5.第一B探针，6.第二B探针，7.第三B探针，8.第四B探针，9.上层H线圈基板，10.下层H线圈基板，11.上层固定板，12.下层固定板，13.双绞线，14.上盖，15.下骨架，16.被测样片，17.磁轭压条，18.上C型磁轭，19.下C型磁轭，20.上C型磁轭激磁绕组，21.下C型磁轭激磁绕组，22.顶板，23.底板，24底板支撑，25.丝杆，26.光杆，27.手轮，28.皮带，29.一级放大电路，30.采集卡，31.磁测量虚拟仪器工作台，32.功放，33.水冷电阻，34.隔离变压器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试系统(简称系统，参见图1-8)包括电脑、采集卡30、被测样片16、复合传感线圈、两个C型磁轭、磁轭升降固定装置、一级放大电路，两个C型磁轭垂直相对固定在磁轭升降固定装置上，一个C型磁轭能在磁轭升降固定装置的作用下上下移动，另一个C型磁轭在磁轭升降固定装置上静止；

所述被测样片呈十字形，十字形的四条臂的尺寸与C型磁轭的支腿尺寸一致，在各臂上均等间距设置有多个空气槽，每个空气槽的宽度均不大于1mm，空气槽的深度与各臂长度相等，这种形状能将涡流闭合回路切断；两个C型磁轭按照上下位置垂直固定在被测样片的四条臂上；

所述复合传感线圈包括上层H线圈、下层H线圈、上盖、下骨架和四个B探针，上层H线圈由上层Hx线圈1和上层Hy线圈2垂直交叉构成，且上层H线圈缠绕在上层H线圈基板9上，上层H线圈基板9与上层固定板11的下表面中央固定；

下层H线圈由下层Hx线圈3和下层Hy线圈4垂直交叉构成，且下层H线圈缠绕在下层H线圈基板10上，下层H线圈基板10安装在下层固定板12的下表面中央，同时在下层固定板上布置四个B探针，且四个B探针呈垂直交叉布置，四个B探针到下层固定板12中心的距离均相等，相对的两个B探针的连线与下层Hx线圈3或下层Hy线圈平行，与下层Hx线圈3平行的两个B探针记为By，与下层Hy线圈4平行的两个B探针记为Bx；上层H线圈的双绞出线的焊接孔布置在上层固定板上，下层H线圈的双绞出线和B探针的双绞出线的焊接孔均布置在下层固定板上；

所述下骨架为长方体空腔，在下骨架内设置有用于固定上层固定板11的台阶及用于固定下层固定板12的台阶，两个台阶之间具有间隙；B探针能伸出下骨架的底面，且下骨架的下表面紧挨被测样片上表面中心；下骨架的上部覆盖上盖，对上层固定板11进行固定，至此构成整个复合传感线圈；

将复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处；

将复合传感线圈的双绞出线均连接在一级放大电路的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡30的相应输入端，采集卡同时连接电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台31，采集卡与电脑进行双向通信，所述采集卡的输出端经过功放32与相应的水冷电阻33串联，再经相应的隔离变压器34连接到C型磁轭的一对激磁绕组上。

本实用新型系统的进一步特征在于所述磁轭升降固定装置包括顶板22、底板23、丝杠25、光杆26、手轮27和皮带28，在顶板和底板上分别通过磁轭压条17固定两个C型磁轭，两个C型磁轭的开口相对垂直布置，两个C型磁轭的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；顶板和底板之间通过两个丝杆25和两个光杆26连接，两个丝杆25和两个光杆26按照对角线方向布置支撑顶板，一个丝杠25的上端穿过顶板连接手轮27，另一个丝杠的上端也穿出顶板连接带轮，手轮27和带轮之间通过皮带28连接；通过旋转手轮27经由皮带28带动丝杆转动，升高或者降低顶板22的高度，顶板22和上C型磁轭18通过磁轭压条17连接到一起，如此便可改变上、下C型磁轭之间的距离和上、下C型磁轭与被测样片之间的气隙距离。

本实用新型系统的进一步特征在于被测样片上空气槽的宽度为0.2～0.4mm，能保证被测样片的强度，进而能保证后续应力实验的进行。

本实用新型系统的进一步特征在于上层H线圈与下层H线圈之间的距离为3-5mm，在该范围内，H线圈处于线性范围，测试结果更加准确，该距离的设置与制作工艺有关，两个线圈之间的距离是越近越好，但是由于H线圈本身就具有一定的厚度，这就增加了H线圈之间的距离。

本实用新型还保护一种考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试方法，该方法采用上述的测试系统，包括以下步骤：

步骤一：组装复合传感线圈、被测样片、C型磁轭及磁轭升降固定装置：

被测样片的磁感应强度B采用探针法进行测量，测量的是被测样片磁感应强度B的感应电压值；B探针采用弹簧探针制作，四个B探针以下层固定板为中心呈垂直交叉布置，对H线圈和B探针的出线进行双绞；

制作上盖和下骨架，用以固定上下两层H线圈以及B探针，将复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处，把被测样片与B探针接触部分的绝缘漆去掉；

步骤二：连接实验电路：

上、下C型磁轭激磁绕组中激磁电流由采集卡30的输出端经过功放32与相应的水冷电阻33串联后，再经相应的隔离变压器34后提供；复合传感线圈的上层H线圈、下层H线圈和B探针的双绞出线均通过屏蔽线连接到一级放大电路29的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的输入端，采集卡采集到的信号传输到电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台31，采集卡与电脑进行双向通信；

步骤三：开始进行试验：

控制采集卡输出不同频率的激磁信号，使用磁测量虚拟仪器工作台控制采集卡采集Bx、By信号，并令Bx、By信号合成一个标准圆形或者椭圆形(李萨如图形)；分别记录此时的上、下层H线圈的Hx、Hy信号，然后分别根据上、下层H线圈的Hx、Hy信号得到线性外推出的Hx、Hy信号，再进行后处理，得到不同激磁频率下的B-H曲线、损耗曲线，最终完成考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测量；

步骤四：改变气隙参数进行对比实验：

气隙作为影响大样片旋转磁特性测试法的一个重要因素，需要详细的研究；制作了用于固定上、下C型磁轭的磁轭升降固定装置，如图7所示，通过旋转手轮27经由皮带28带动丝杆转动，升高或者降低顶板22的高度，顶板22和上C型磁轭18通过磁轭压条17连接到一起，如此便可改变上、下C型磁轭之间的距离和上、下C型磁轭与样片之间的气隙距离，进而得到不同气隙下的磁特性损耗和磁滞回线。

实施例1

本实施例考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试系统，包括电脑、采集卡30、被测样片16、复合传感线圈、两个C型磁轭、一级放大电路、磁轭升降固定装置，两个C型磁轭垂直相对固定在磁轭升降固定装置上，一个C型磁轭能在磁轭升降固定装置的作用下上下移动，另一个C型磁轭在磁轭升降固定装置上静止；

所述被测样片呈十字形，十字形的四条臂的尺寸与C型磁轭的支腿尺寸一致，在各臂上均等间距设置有多个空气槽，每个空气槽的宽度均不大于1mm，空气槽的深度与各臂长度相等；两个C型磁轭按照上下位置垂直固定在被测样片的四条臂上；

所述复合传感线圈包括上层H线圈、下层H线圈、上盖、下骨架和四个B探针，上层H线圈由上层Hx线圈1和上层Hy线圈2垂直交叉构成，且上层H线圈缠绕在上层H线圈基板9上，上层H线圈基板9与上层固定板11的下表面中央固定；

下层H线圈由下层Hx线圈3和下层Hy线圈4垂直交叉构成，且下层H线圈缠绕在下层H线圈基板10上，下层H线圈基板10安装在下层固定板12的下表面中央，同时在下层固定板上布置四个B探针，且四个B探针呈垂直交叉布置，四个B探针到下层固定板12中心的距离均相等，相对的两个B探针的连线与下层Hx线圈3或下层Hy线圈平行，与下层Hx线圈3平行的两个B探针记为By，与下层Hy线圈4平行的两个B探针记为Bx；上层H线圈的双绞出线的焊接孔布置在上层固定板上，下层H线圈的双绞出线和B探针的双绞出线的焊接孔均布置在下层固定板上；

在下骨架内设置有用于固定上层固定板11的台阶及用于固定下层固定板12的台阶，两个台阶之间具有间隙；B探针能伸出下骨架的底面，且下骨架的下表面紧挨被测样片上表面中心；下骨架的上部覆盖上盖，对上层固定板11进行固定，至此构成整个复合传感线圈；

将复合传感线圈固定在被测样片上表面的中心处；

所述磁轭升降固定装置包括顶板22、底板23、丝杠25、光杆26、手轮27和皮带28，在顶板和底板上分别通过磁轭压条17固定两个C型磁轭，两个C型磁轭的开口相对垂直布置，两个C型磁轭的两个支腿部分均缠绕激磁绕组；顶板和底板之间通过两个丝杆25和两个光杆26连接，两个丝杆25和两个光杆26按照对角线方向布置并支撑顶板，一个丝杠25的上端穿过顶板连接手轮27，另一个丝杠的上端也穿出顶板连接带轮，手轮27和带轮之间通过皮带28连接。

本实施例考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测试方法，包括以下步骤：

步骤一：组装复合传感线圈、被测样片、C型磁轭及磁轭升降固定装置：

被测样片16为十字形状，选择被测样片尺寸为宽100mm，长度为150mm，四条臂的长度为25mm；为尽可切断涡流，在各臂上均等距离设置三道空气槽，空气槽宽度为0.4mm，长度为25mm；

H线圈采用双层结构，分别放置在距离样片3mm和7mm的位置，上层H线圈和下层H线圈均采用垂直交叉结构，进而采用线性外推法测量被测样片表面磁场强度H；被测样片的磁感应强度B采用弹簧探针法进行测量，测量的是被测样片磁感应强度B的感应电压值；四个B探针以下层固定板为中心呈垂直交叉布置，对H线圈和B探针的出线进行双绞；

具体制作过程是：上、下层H线圈都是将一个Hx线圈缠绕在0.3mm厚的H线圈基板上，再将一个Hy线圈套在Hx线圈外部，Hx线圈的直径较Hy线圈的直径略小，分别用来测量两个方向的H感应电压数值；H线圈基板四角处带有缺口，能够减少Hx线圈和Hy线圈的挤压磨损；

将4枚B探针正交的安装在下层H线圈基板上，各个探针位置距离下层H线圈基板中心10mm；再将下层H线圈基板与下层H线圈固定。对H线圈和B探针的出线进行双绞，H线圈双绞出线和B探针双绞出线的焊接孔位于下层H线圈基板上，焊接孔本着方便出线，易于区分不同的焊接孔，减小相互之间的影响的原则来进行设置，在最大程度上减小来自另一个方向上磁场的干扰；

在下骨架内设置有用于固定上层固定板11的台阶及用于固定下层固定板12的台阶，两个台阶之间具有间隙；B探针能伸出下骨架的底面，且下骨架的下表面紧挨被测样片上表面中心；下骨架的上部覆盖上盖，对上层固定板11进行固定，至此构成整个复合传感线圈；将复合传感线圈固定在被测样片上16表面的中心处，把被测样片与B探针接触部分的绝缘漆去掉；在被测样片的上下表面分别布置上C型磁轭18和下C型磁轭19，且两个C型磁轭垂直放置，C型的开口相对；两个C型磁轭分别缠绕上C型磁轭激磁绕组20和下C型磁轭激磁绕组21；通过磁轭升降固定装置固定上、下C型磁轭；

通过磁轭压条分别将上、下C型磁轭固定在顶板和底板上，顶板和底板之间通过丝杆和光杆连接；通过旋转手轮经由皮带带动丝杆转动，升高或者降低顶板的高度，顶板和上C型磁轭通过磁轭压条连接到一起，如此便可改变上、下C型磁轭之间的距离和上、下C型磁轭与样片之间的气隙距离；

步骤二：连接实验电路：

上、下C型磁轭激磁绕组中激磁电流由采集卡30的输出端经过功放32与相应的水冷电阻33串联后，再经相应的隔离变压器34后提供；复合传感线圈的双绞出线通过屏蔽线连接到一级放大电路29的相应接口上，一级放大电路的输出端连接在采集卡的输入端，采集卡采集到的信号传输到电脑，在电脑内加载磁测量虚拟仪器工作台31，采集卡与电脑进行双向通信；

步骤三：开始进行试验：

控制采集卡输出不同频率的激磁信号，使用磁测量虚拟仪器工作台控制采集卡采集Bx、By信号，并令Bx、By信号合成一个标准圆形；分别记录此时的上、下层H线圈的Hx、Hy信号，然后分别根据上、下层H线圈的Hx、Hy信号得到线性外推出的Hx、Hy信号，再进行后处理，得到不同激磁频率下的B-H曲线、损耗曲线，最终完成考虑涡流影响的大样片旋转磁特性测量；

步骤四：改变气隙参数进行对比实验：

气隙作为影响大样片旋转磁特性测试法的一个重要因素，需要详细的研究；制作了上、下C型磁轭升降固定装置如图7所示；通过旋转手轮27经由皮带28带动丝杆转动，升高或者降低顶板22的高度，顶板22和上C型磁轭18通过磁轭压条连接到一起，如此便可改变上、下C型磁轭之间的距离和上、下C型磁轭与样片之间的气隙距离；进而得到不同气隙下的磁特性损耗和磁滞回线。

被测样片16的结构示意图，如图4所示；应用Ansys Mexwell软件采用参数化方法对被测样片进行仿真实验，在下层H线圈对应的被测样片上任选一个测试点，求取本实施例被测样片开空气槽情况下的该点的电流密度，同时以相同尺寸的未开空气槽的被测样片进行对比实验，图9为开空气槽与未开空气槽槽情况下该点的电流密度仿真结果。

从图9中可以看出，在本实施例开空气槽的情况下，能显著降低该点的电流密度，进而降低了被测样片上的涡流，提高了被测样片测量的损耗精度。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。