基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其主要技術特點是：包括基本磁化曲線測量主電路、電壓源模塊、電壓信號采集電路、電流信號自動調整電路和單片機控制模塊；所述電壓源模塊與基本磁化曲線測量主電路連接，該基本磁化曲線測量主電路與電壓信號采集電路、單片機控制模塊、電流信號自動調整電路循環連接在一起，最終由單片機控制模塊測量計算后得到磁感應強度、磁場強度。本實用新型設計合理，通過單片機控制模塊與電壓源模塊、電流信號自動調整電路配合實現自動控制磁化電流的大小與方向，使得測量更加準確、方便、快捷。
【專利說明】基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置【技術領域】
[0001]本實用新型屬于鐵磁材料【技術領域】，尤其是一種基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置。
【背景技術】
[0002]鐵磁材料是一種性能特異、能夠廣泛應用在工業、交通、通訊、電器等領域的物質。磁滯回線和基本磁化曲線反映了鐵磁材料的主要特征，通過測量不同鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線便可確定該材料的磁特性。因此，研究鐵磁材料的磁化性質，不論在理論上，還是在實際應用上都具有重要意義。
[0003]當磁化磁場作周期性變化時，鐵磁體中的磁感應強度與磁場強度的關系是一條閉合曲線，該閉合曲線稱為磁滯回線。基本磁化曲線是一族磁滯回線頂點的連線。目前，基本磁化曲線的測量通常采用人工的方法來完成，即人工測量、采集磁場強度和磁感應強度，測量過程中磁化電流的大小也需手動調節，此種方法精度較低，測量速度較慢。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其通過單片機控制模塊自動獲取環形鐵磁材料樣件的磁場強度和磁感應強度值，克服了現有測量過程存在的準確性較低、測量速度較慢的缺點。
[0005]本實用新型解決現有的技術問題是采取以下技術方案實現的:
[0006]一種基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，包括基本磁化曲線測量主電路、電壓源模塊、電壓信號采集電路、電流信號自動調整電路和單片機控制模塊；所述電壓源模塊與基本磁化曲線測量主電路連接，該基本磁化曲線測量主電路與電壓信號采集電路、單片機控制模塊、電流信號自動調整電路循環連接在一起，最終由單片機控制模塊測量計算后得到磁感應強度、磁場強度。
[0007]而且，所述基本磁化曲線測量主電路包括待測鐵磁材料樣件、激磁繞組L1、測試繞組L2、電阻R、電容C、電阻R1、電阻R2、電阻R3、兩個帶有一對常開觸點的繼電器、整流橋D、濾波電容Cl、濾波電容C2、分壓電阻R4、分壓電阻R5，待測樣件兩側分別繞裝激磁繞組L1和測試繞組L2，激磁繞組L1通過電阻R1、電阻R2、電阻R3與電壓源模塊連接，電阻R2、電阻R3各自通過繼電器的一對常開觸點接入電路，測試繞組L2首先與電阻R和電容C相串聯，然后再在電容C兩端并聯整流橋、濾波電容Cl和濾波電容C2，濾波電容C2后面串聯分壓電阻R4和分壓電阻R5，從基本磁化曲線測量主電路輸入到電壓信號采集電路的模擬量電壓信號從分壓電阻R5兩端取出，從而使測試繞組L2兩端的電壓信號在經過整流、濾波、分壓之后形成適合輸入到A/D轉換器的模擬量信號。 [0008]而且，所述電流信號自動調整電路包括兩個三極管、兩個繼電器、兩個續流二級管；每個三極管的基極分別接到單片機的I/o接口上，每個三極管的發射極分別連接到各自的繼電器線圈的一端，繼電器線圈的另一端接到+5V電源上；每個繼電器線圈兩端并接一個續流二級管。
[0009]而且，所述電流信號自動調整電路還包括兩個由電阻與發光二極管串聯構成的繼電器狀態指示電路，兩個繼電器狀態指示電路分別并聯在繼電器線圈的兩端。
[0010]而且，所述電壓源模塊包括5V電源和電壓可調電源，220V交流電通過5V電源輸出5V直流電為單片機控制模塊供電，220V交流電通過電壓可調電源輸出50?200V可調交流電為基本磁化曲線測量主電路供電。
[0011]而且，所述的5V電源包括220/8V變壓器及整流穩壓單元，220V交流電接入220/8V變壓器，該變壓器輸出的8V交流電接入由四個二極管組成的整流橋的兩端，整流橋另外兩端并聯濾波電容后接到三端穩壓器的輸入端，三端穩壓器的輸出端輸出5V直流電，并聯電容后得到平穩的5V直流電為單片機控制模塊供電。
[0012]而且，所述的電壓可調電源包括自耦變壓器、橋式整流電路及濾波電路，該自耦變壓器的主邊與220V交流電源相連接，自耦變壓器的副邊接入由四個二極管組成的整流橋的兩端，該整流橋另外兩端并聯電容后獲得一個50V?200V的直流電壓，該直流電作為四個MOSFET組成電路的電源；每個MOSFET組成電路均包括反相器、光耦、三極管、MOSFET管，反相器的輸入端連接單片機的I/O接口，反相器的輸出端與光耦相連接，光耦經電阻連接三極管的基極，該三極管的集電極與MOSFET管相連接，該三極管經電阻接12V電壓。
[0013]本實用新型的優點和積極效果是:
[0014]1、本實用新型設置了由單片機控制的電壓源模塊，使得原本需要人工調整、控制的磁化電流可自動改變大小和方向；由于電壓源模塊的輸出電壓大小可調，本自動測量裝置在工作時能夠根據不同鐵磁性材料的特性選擇適當的電壓，擴大了其適用對象；由于采用了電流信號自動調整電路，通過單片機控制電阻R2和R3的接入與切除，實現了磁化電流大小的自動改變，使得測量更方便。
[0015]2、本實用新型可以與PC機處理及顯示模塊配合使用，采取自動采樣并實時傳送測量數據，由PC機進行數據擬合處理并顯示輸出擬合曲線，使得作輸出結果的基本磁化曲線更準確，也使得測量更快速、便捷，克服了現有的基本磁化曲線測量裝置或系統由于人工參與因素大、采樣信息量有限而導致測量結果準確性較低、測量速度較慢等問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的電路方框圖；
[0017]圖2是本實用新型的基本磁化曲線測量主電路圖；
[0018]圖3是本實用新型的電流信號自動調整電路圖；
[0019]圖4是本實用新型的電壓源模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述。
[0021]一種基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，如圖1所示，包括基本磁化曲線測量主電路、電壓源模塊、電壓信號采集電路、電流信號自動調整電路和單片機控制模塊；其中，電壓源模塊與基本磁化曲線測量主電路連接,該基本磁化曲線測量主電路與電壓信號采集電路連接，電壓信號采集電路與單片機控制模塊連接，單片機控制模塊與電流信號自動調整電路連接，電流信號自動調整電路與基本磁化曲線測量主電路連接，最終由單片機控制模塊測量計算后得到磁感應強度B、磁場強度H。本自動測量裝置的單片機控制模塊可以將通過RS-485通信接口電路與PC機處理及顯示模塊連接，由PC機處理及顯示模塊將由單片機控制模塊計算得到的磁感應強度B、磁場強度H在B-H 二維直角坐標平面上依次描點后，采用數據擬合的方法將各點連成一條平滑的曲線并實時顯示該曲線，實現基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測繪功能。下面本實用新型的各個部分分別進行說明:
[0022]如圖2所示，基本磁化曲線測量主電路，包括待測樣件、激磁繞組L1、測試繞組L2、電阻R、電容C、電阻R1、電阻R2、電阻R3、帶有一對常開觸點的繼電器1、帶有一對常開觸點的繼電器2、整流橋D、濾波電容C1、濾波電容C2、分壓電阻R4、分壓電阻R5。其中待測樣件兩側分別繞有激磁繞組L1和測試繞組L2,激磁繞組L1通過電阻R1、電阻R2、電阻R3與電壓源模塊連接，電阻R2、電阻R3各自通過繼電器的一對常開觸點接入電路，測試繞組L2首先與電阻R和電容C相串聯，然后再在電容C兩端并聯整流橋、濾波電容Cl和濾波電容C2，濾波電容C2后面串聯分壓電阻R4和分壓電阻R5，從基本磁化曲線測量主電路輸入到電壓信號采集電路的模擬量電壓信號從分壓電阻R5兩端取出，從而使測試繞組L2兩端的電壓信號在經過整流、濾波、分壓之后變成適合輸入到A/D轉換器的模擬量信號；
[0023]如圖3所示，電流信號自動調整電路，包括電阻R、三極管Q28550、繼電器HK4100F、續流二級管和發光二級管；兩個三極管的基極分別接到單片機的P2.0、P2.1上，三極管的發射極接到繼電器線圈的一端，繼電器線圈的另一端接到+5V電源VCC上；繼電器線圈兩端并接一個二極管，用于釋放繼電器線圈斷電時產生的方向電動勢，防止反向電勢擊穿三極管及干擾其他電路；電阻R與發光二極管組成一個繼電器狀態指示電路，若繼電器線圈通電，則發光二極管點亮，此時主電路中的繼電器常開觸點閉合。
[0024]如圖4所示，所述電壓源模塊外接220V交流電，一方面經過自耦調壓器變為50?200V可調交流電；另一方面經變壓器和整流穩壓單元產生5V直流電供給AT89C51單片機；其中，5V電源由變壓器及整流穩壓單元構成，工頻交流電接入220/8V變壓器，將8V的交流電接入由四個IN5401 二極管組成的整流橋的兩端，整流橋另外兩端并聯220 μ F/25V、
0.33 μ F濾波電容后接到三端穩壓器W7805的IN端，GND端與其他器件共地，OUT端輸出5V直流電，并聯I μ F電容可消除輸出電壓中的高頻噪聲，最終得到平穩的5V直流電供單片機使用；電壓可調電源包括自耦變壓器、橋式整流電路及濾波電路，該自耦變壓器的主邊與220V交流電源相連接，副邊接入由四個ΙΝ5401 二極管組成的整流橋的兩端，整流橋另外兩端并聯220μ F/25V的電容后便可獲得一個基本保持在50V?200V的直流電壓，該直流電作為4個MOSFET組成電路的電源；單片機的管腳Pl.1，Pl.2，Pl.3，Pl.4分別連接反向器74LS04 —端，反相器I另一端與光耦I連接，光耦I經電阻4.7k Ω接第一個三極管8050NPN的基極，第一個三極管8050NPN的集電極與MOSFET管相連接，同時經電阻IkQ接12V電壓；反相器2與光耦2連接，光耦2經電阻4.7k Ω連接第二個三極管8050NPN的基極，第二個三極管8050NPN的集電極與MOSFET管相連接，同時經電阻IkQ接12V電壓；反相器3與光耦3連接，光耦3經電阻4.7k Ω連接第三個三極管8050NPN的基極，第三個三極管8050NPN的集電極與MOSFET管相連接，同時經電阻IkQ接12V電壓；反相器4與光耦4連接，光耦4經電阻4.7k Ω連接第四個三極管8050NPN的基極，第四個三極管8050NPN的集電極與MOSFET管相連接，同時經IkQ電阻接12V電壓。[0025]本實用新型中的電壓信號采集電路、單片機與RS-485通信接口電路的連接方法以及RS-485通信接口電路均是公知技術，在此不再詳述。
[0026]在本實用新型中，單片機控制模塊計算磁感應強度的過程如下:檢測電壓信號，如果無信號輸入繼續檢測信號，如果接收到信號輸入，則采集電壓信號，將采集到的電壓信號進行A/D轉換，然后單片機進行計算處理，最后儲存磁感應強度B值。單片機控制模塊計算磁場強度的過程如下:檢測P2.0、P2.1是否低電平，根據檢測結果使相應的繼電器線圈得電，繼電器線圈得電后，它的常開觸點閉合，主電路中電流發生變化，然后單片機進行計算處理，儲存磁場強度H值。
[0027]本實用新型的工作原理為:采用的電壓源模塊可產生幅值連續可調的階躍電壓信號，該信號通過待測樣件L1側回路產生磁化電流，該磁化電流受電壓源模塊輸出的電壓信號控制，同時也跟繼電器常開觸點通斷狀態有關。磁化回路中的磁化電流與磁場強度H對
應，// =|，式中L為待測樣件的平均周長，N1為激磁繞組的匝數，I1是磁化電流，即激磁
n RCUc
繞組側的電流值。測試回路中的電容電壓與磁感應強度B對應，B = -^^r，這里N2、S、R
和C均為常數，其中N2為測試繞組的匝數，S為樣件的橫截面積，R、C分別為圖2中電阻R的阻值和電容C的電容量，U。為電容C兩端電壓。把相應的算法輸入到單片機的算法子程序，調用算法子程序得到B、H值。單片機與PC機通信后，PC機將得到的B、H值在以H為橫坐標、B為縱坐標的二維直角坐標系上依次描點后，采用曲線擬合的方法將各點連成一條平滑的曲線并實時顯示該曲線，該曲線即為基本磁化曲線。
[0028]在本實施例中，單片機控制模塊中的單片機采用AT89C51 ;繼電器型號為HK4100F，采用繼電器常開觸點控制電路中電阻的接入；待測樣件為環形鐵磁樣件，待測樣件兩側繞有激磁繞組L1、測試繞組L2，其截面為圓形，具體尺寸為:1^為500膽，L2S 100匝，Rrt= 50mm, R外=62mm，高22.3mm。其測量過程為:首先，控制單片機的P2.0，P2.1管腳使其輸出低電平，此時，繼電器線圈得電，其常開觸點閉合，電阻R2，R3被短路；同時改變電壓源模塊輸出電壓信號大小，調用單片機中的電流算法子程序使電流為1A，記住此時電壓源模塊的狀態；繼續改變電壓源模塊的控制信號使電流為-1A，同樣記住此時電壓源模塊狀態。然后，將已 磁化的鐵磁材料去磁，電流為IA時進行磁鍛煉，即磁化電流在O — IA — O — -1A — O之間來回變動，形成的B和H的關系曲線，磁化電流在土 IA間每循環一次，Bm的數值都要有些變動，循環次數愈多，Bm的變動愈小，經過幾次循環后，Bm就趨于穩定而形成一個閉合的曲線，稱之為磁滯回線(頂點為Bm和Hm)。從開始磁化到形成磁滯回線的過程叫磁鍛煉。減小電壓源模塊的輸出電壓，即減小磁化電流，再進行磁鍛煉，電流可以0.1A的步長增長，共作10個點，但在測量過程中，只允許單值增長，如發生錯誤，就應該重新去磁，重新開始實驗，直到減小電壓使電流接近零為止。最后，先從最小基本磁化曲線的頂點測起，調節電壓源模塊和繼電器的狀態使電流對應較小的值，進行磁鍛煉；依次增加電流值進行磁鍛煉，得到一簇基本磁滯回線，將其頂點連接起來就得到了基本磁化曲線。
[0029]需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
【權利要求】
1.一種基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其特征在于:包括基本磁化曲線測量主電路、電壓源模塊、電壓信號采集電路、電流信號自動調整電路和單片機控制模塊；所述電壓源模塊與基本磁化曲線測量主電路連接，該基本磁化曲線測量主電路與電壓信號采集電路、單片機控制模塊、電流信號自動調整電路循環連接在一起，最終由單片機控制模塊測量計算后得到磁感應強度、磁場強度。
2.根據權利要求1所述的基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其特征在于:所述基本磁化曲線測量主電路包括待測鐵磁材料樣件、激磁繞組L1、測試繞組L2、電阻R、電容C、電阻R1、電阻R2、電阻R3、兩個帶有一對常開觸點的繼電器、整流橋D、濾波電容C1、濾波電容C2、分壓電阻R4、分壓電阻R5，待測樣件兩側分別繞裝激磁繞組L1和測試繞組L2,激磁繞組L1通過電阻R1、電阻R2、電阻R3與電壓源模塊連接，電阻R2、電阻R3各自通過繼電器的一對常開觸點接入電路，測試繞組L2首先與電阻R和電容C相串聯，然后再在電容C兩端并聯整流橋、濾波電容Cl和濾波電容C2，濾波電容C2后面串聯分壓電阻R4和分壓電阻R5，從基本磁化曲線測量主電路輸入到電壓信號采集電路的模擬量電壓信號從分壓電阻R5兩端取出，從而使測試繞組L2兩端的電壓信號在經過整流、濾波、分壓之后形成適合輸入到A/D轉換器的模擬量信號。
3.根據權利要求1所述的基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其特征在于:所述電流信號自動調整電路包括兩個三極管、兩個繼電器、兩個續流二級管；每個三極管的基極分別接到單片機的I/o接口上，每個三極管的發射極分別連接到各自的繼電器線圈的一端，繼電器線圈的另一端接到+5V電源上；每個繼電器線圈兩端并接一個續流二級管。
4.根據權利要求3所述的基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其特征在于:所述電流信號自動調整電路還包括兩個由電阻與發光二極管串聯構成的繼電器狀態指示電路，兩個繼電器狀態指示電路分別并聯在繼電器線圈的兩端。
5.根據權利要求1所述的基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其特征在于:所述電壓源模塊包括5V電源和電壓可調電源，220V交流電通過5V電源輸出5V直流電為單片機控制模塊供電，220V交流電通過電壓可調電源輸出50?200V可調交流電為基本磁化曲線測量主電路供電。
6.根據權利要求5所述的基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其特征在于:所述的5V電源包括220/8V變壓器及整流穩壓單元，220V交流電接入220/8V變壓器，該變壓器輸出的8V交流電接入由四個二極管組成的整流橋的兩端，整流橋另外兩端并聯濾波電容后接到三端穩壓器的輸入端，三端穩壓器的輸出端輸出5V直流電，并聯電容后得到平穩的5V直流電為單片機控制模塊供電。
7.根據權利要求5所述的基于鐵磁材料基本磁化曲線的自動測量裝置，其特征在于:所述的電壓可調電源包括自耦變壓器、橋式整流電路及濾波電路，該自耦變壓器的主邊與220V交流電源相連接，自耦變壓器的副邊接入由四個二極管組成的整流橋的兩端，該整流橋另外兩端并聯電容后獲得一個50V?200V的直流電壓，該直流電作為四個MOSFET組成電路的電源；每個MOSFET組成電路均包括反相器、光耦、三極管、MOSFET管，反相器的輸入端連接單片機的I/O接口，反相器的輸出端與光耦相連接，光耦經電阻連接三極管的基極，該三極管的集電極與MOSFET管相連接，該三極管經電阻接12V電壓。
【文檔編號】G01R33/14GK203688788SQ201320864946
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】李玲玲, 張士暖, 段超穎, 龐天宇, 王成亮, 唐維樂 申請人:河北工業大學