一种基于嵌入线圈双积分法的磁瓦无损测量系统与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁性材料磁性能测试技术领域，尤其是涉及了一种基于嵌入线圈双积 分法的磁瓦无损测量系统与方法，可用于永磁铁氧体、钕铁硼等磁瓦磁性能的无损测量以 及相关标准物质的校准和检定。
【背景技术】
[0002] 永磁材料磁性能主要是通过测量材料在第二象限的磁感应强度B及极化强度J， 与磁场H之间的退磁关系曲线获得剩磁比、矫顽力H&、内禀矫顽力H#最大磁能积（BH)_ 等特征参数来表征。其中J-H曲线是突出反映永磁材料内禀性能的重要曲线。
[0003] 现有技术采用标准双极头测量或者通过磁瓦夹具进行测量，如图2和图3所示，采 用B线圈测试磁通，采用高斯计配置霍尔探头9测试间隙磁场H，主要缺点有：磁通面积修 正随机性，采用企业传递的磁瓦对数据，霍尔探头位置不一样，测试H数据不一样，影响He j 的性能非常大；测试样品间隙固定，取放样品非常困难，无法满足国内稀土磁瓦的抛移测 量，测试稀土永磁磁瓦仍然属于空白；测试样品如果内外弧度差异大，间隙磁场无法设计。
[0004] 其固定绕制线圈8与极头为分体结构，H线圈或霍尔探头在极靴间隙中的位置不 同，测试H差异性大，难以保证测试的重复性。
[0005] 瓦型无损测量系统仅限于对内外圆弧接近的永磁铁氧体磁瓦采用扫描法测量，不 能满足内外圆弧差异较大的磁瓦样品测量，由于无弹力活动结构测试磁瓦效率低，同时无 法满足稀土永磁磁瓦退磁曲线测量时要求的磁瓦抛移。
【发明内容】
[0006] 为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明目的在于提供一种基于嵌入线圈双积分 法的磁瓦无损测量系统与方法，采用将测试线圈（B线圈或J线圈）直接嵌入到极头里面的 方法，即为嵌入式线圈的方法，以实现对永磁磁瓦磁性能的无损测量。同时测试磁场H线圈 固定嵌入在极靴弧形极面上，保证测试的重复性。上下极靴采用导向弹力结构，提高了测试 样品的效率，同时满足稀土永磁磁瓦的退磁曲线测量。
[0007] 本发明的上述目的得以实现，主要通过以下技术方案：
[0008] -、一种基于嵌入线圈双积分法的磁瓦无损测量系统：
[0009] 包括电磁铁、瓦型极靴组以及分别固定在上、下电磁铁上的上极头和下极头，瓦型 极靴组包括分别安装在上极头和下极头上的上极靴和下极靴，包括励磁电源、磁通表、第一 测量线圈、第二测量线圈和弹力活动结构，下极靴中沿水平轴向方向嵌有第一测量线圈和 第二测量线圈；被测磁瓦位于第一测量线圈之上，上极头和下极头的两侧之间通过弹力活 动结构连接实现上下弹力调节，上极靴和下极靴的弧面均与被测磁瓦的弧度吻合；第一测 量线圈和第二测量线圈与各自的磁通表连接，电磁铁与励磁电源连接，励磁电源和磁通表 分别经D/A转换器、A/D转换器与计算机连接，开关控制器连接D/A转换器和A/D转换器进 行转换开关控制。
[0010] 所述的弹力活动结构包括弹簧、中心极柱和底柱，中心极柱顶端连接上极头，中心 极柱底端套在底柱中，弹簧套在中心极柱上，底柱固定连接在下极头上。
[0011] 所述的第一测量线圈和第二测量线圈的有效匝数N和线圈面积A均相同，且两个 线圈反向串联。
[0012] 所述的第一测量线圈为测量J线圈或者测量B线圈，所述的第二测量线圈为测量 H线圈。
[0013] 所述的第一测量线圈和第二测量线圈嵌入在下极靴的弧形表面，第一测量线圈和 第二测量线圈的圆心连线与被测磁瓦的内弧中心线相重合。
[0014] 所述的第一测量线圈和第二测量线圈呈圆形。
[0015] 二、一种基于嵌入线圈双积分法的磁瓦无损测量方法：
[0016] 1)采用上述系统，被测磁瓦置于第一测量线圈正上方，通过弹力活动结构伸缩将 被测磁瓦被压紧在上极靴和下极靴之间固定，第一测量线圈和第二测量线圈的圆心连线与 被测磁瓦的内弧中心线相重合；
[0017] 2)测量时，对第一测量线圈和第二测量线圈通电，电磁铁对被测磁瓦产生逐渐增 大反向的两个磁场，用电子积分器对测量两个线圈磁通变化产生的电动势积分，获得被测 样品极化强度J-磁场强度H曲线和磁感应强度B-磁场强度H曲线，由磁场曲线得到测量 特征值。
[0018] 所述的测量特征值包括剩磁民、矫顽力Hcb、内禀矫顽力Hcj和最大磁能积（BH) _。
[0019] 所述的内禀矫顽力!^根据磁场H在被测磁瓦和空气两种介质上在切线方向的连 续性，采用双积分方式测试第二测量线圈对应的磁场而计算得到。
[0020] 本发明具有的有益的效果在于：
[0021 ] 本发明采用双磁通计，测试样品的磁极化强度J值和磁场强度H值，测试J值线圈 面积固定，测试H值线圈面积固定。
[0022] 本发明可测试磁瓦局部面积以及面积固定值，可根据磁瓦取样样品，采用标准法 测试的Br值进行定标。
[0023] 本发明测试重复性和在现性良好，人为偏差小。
[0024] 本发明通过弹力活动结构使得测试样品取样方便，弹力活动结构使得稀土磁瓦的 测量得以实现（满足量样品的抛移）。
[0025] 本发明在磁性材料生产和应用行业中应用前景广阔，并可对磁性材料制造企业带 来较大的经济和社会效益。本发明使用极头弹力结构，能方便磁瓦的取放，实现对稀土永磁 磁瓦的测量。
【附图说明】
[0026] 图1是测量原理的测量曲线示意图。
[0027] 图2是现有采用B-H测量线圈的系统图。
[0028] 图3是现有采用B-H测量线圈的系统图。
[0029] 图4是本发明系统示意图。
[0030] 图5是本发明上下极头部分的结构示意图。
[0031] 图6是下极靴上的两个测量线圈安装示意图。 图7是实施例磁瓦采用本发明方法获得的退磁曲线图。 图8是实施例磁瓦采用传统方法获得的退磁曲线图。
[0032] 图中：1、电磁铁，2、可动极头，3、第一测量线圈，4、被测磁瓦，5、第二测量线圈，6、 弹力活动机构，7、瓦型极靴组，8、固定绕制线圈，9、霍尔探头。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0034] 如图4所示，本发明系统包括电磁铁1、瓦型极靴组7以及分别固定在上、下电磁 铁1上的上极头和下极头，瓦型极靴组7包括分别安装在上极头和下极头上的上极靴和下 极靴，还包括励磁电源、磁通表、第一测量线圈3、第二测量线圈5和弹力活动结构6,下极靴 中沿水平轴向方向嵌有第一测量线圈3和第二测量线圈5 ;被测磁瓦4位于第一测量线圈 3之上，上极头和下极头的两侧之间通过弹力活动结构6连接实现上下弹力调节，上极靴和 下极靴的弧面均与被测磁瓦4的弧度吻合；第一测量线圈3和第二测量线圈5与各自的磁 通表连接，电磁铁1与励磁电源连接，励磁电源和磁通表分别经D/A转换器、A/D转换器与 计算机连接，开关控制器连接D/A转换器和A/D转换器进行转换开关控制。
[0035] 如图5所示，弹力活动结构6包括弹簧、中心极柱和底柱，中心极柱顶端连接上极 头，中心极柱底端套在底柱中，弹簧套在中心极柱上，底柱固定连接在下极头上。所述的弹 力活动结构6满足磁瓦的取放和稀土磁瓦退磁曲线测试时磁瓦的抛移，弹力活动结构6可 通过中心极柱和底柱的下移调节，使得上、下极靴闭合，弧面与被测试磁瓦样品吻合；测试 完成后，可通过电磁铁主轴极柱的上行调节，上极靴和下极靴弹开分离，方便被测磁瓦4样 品的取放，同时也使得稀土永磁磁瓦退磁曲线测试得以实现。
[0036] 弹力活动结构采用不导磁材料加工导向杆和不导磁材料加工的弹簧。上下极靴两 边，采用铜棒加工，进行垂直导向，采用不导磁弹簧助力，控制极靴的开合。
[0037] 第一测量线圈3和第二测量线圈5的有效匝数N和线圈面积A均相同，且两个线 圈反向串联。
[0038] 第一测量线圈3为测量J线圈或者测量B线圈，第二测量线圈5为测量H线圈。 第一测量线圈被定义为对磁瓦进行局部磁性能测量的磁感应强度B线圈或磁极化强度J线 圈，第二测量线圈被定义为对磁瓦测量的励磁磁场强度H线圈。
[0039] 如图6所示，第一测量线圈3和第二测量线圈5嵌入在下极靴的弧形表面，第一测 量线圈3和第二测量线圈5的圆心连线与被测磁瓦4的内弧中心线相重合。
[0040] 第一测量线圈3和第二测量线圈5呈圆形。
[0041] 本发明测量方法，步骤如下：
[0042] 1)采用上述系统，被测磁瓦4置于第一测量线圈3正上方，通过弹力活动结构6伸 缩将被测磁瓦4被压紧在上极靴和下极靴之间固定，第一测量线圈3和第二测量线圈5的 圆心连线与被测磁瓦4的内弧中心线相重合；
[0043] 2)测量时，对第一测量线圈3和第二测量线圈5通电，电磁铁对被测磁瓦4产生逐 渐增大反向的两个磁场，用电子积分器对测量两个线圈磁通变化产生的电动势积分，获得 被测样品极化强度J-磁场强度H曲线和磁感应强度B-磁场强度H曲线，由磁场曲线得到 测量特征值。
[0044] 测量特征值包括剩磁Br、矫顽力ΗΛ、内禀矫顽力Η。」和最大磁能积（BH) _。
[0045] 根据